International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.746-757
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2021
To investigate the mechanism of friction-induced vibration and noise of ship water lubricated stern bearings, a two-degree-of-freedom (2-DOF) nonlinear self-excited vibration model is established. The novelty of this work lies in the detailed analysis of influence of different parameters on the stability and nonlinear vibration characteristics of the system, which provides a theoretical basis for the various friction vibration and noise phenomenon and has a very important directive meaning for low noise design of water lubricated stern bearings. The results reveal that the change of any parameter, such as rotating speed of shaft, contact pressure, friction coefficient, system damping and stiffness, has an important influence on the stability and nonlinear response of the system. The vibration amplitudes of the system increase as (a) rotating speed of shaft, contact pressure, and the ratio of static friction coefficient to dynamic friction coefficient increase and (b) the transmission damping between motor and shaft decreases. The frequency spectrum of the system is modulated by the first mode natural frequency, which is continuous multi-harmonics of the first mode natural frequency. The response of the system presents a quasi-periodic motion.
Saba Faghirnejad;Denise-Penelope N. Kontoni;Mohammad Reza Ghasemi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.285-302
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2024
Conducting nonlinear pushover analysis typically demands intricate and resource-intensive computational efforts, involving a highly iterative process necessary for meeting both design-defined and requirements of codes in performance-based design. This study presents a computer-based technique for reinforced concrete (RC) buildings, incorporating optimization numerical approaches, optimality criteria and pushover analysis to automatically enhance seismic design performance. The optimal design of concrete beams, columns and shear walls in concrete frames is presented using the artificial bee colony optimization algorithm. The methodology is applied to three frames: a 4-story, an 8-story and a 12-story. These structures are designed to minimize overall weight while satisfying the levels of performance including Life Safety (LS), Collapse Prevention (CP), and Immediate Occupancy (IO). The process involves three main steps: first, optimization codes are implemented in MATLAB software, and the OpenSees software is used for nonlinear static analysis. By solving the optimization problem, several top designs are obtained for each frame and shear wall. Pushover analysis is conducted considering the constraints on relative displacement and plastic hinge rotation based on the nonlinear provisions of the FEMA356 nonlinear provisions to achieve each level of performance. Subsequently, convergence, pushover, and drift history curves are plotted for each frame, and leading to the selection of the best design. The results demonstrate that the algorithm effectively achieves optimal designs with reduced weight, meeting the desired performance criteria.
This paper presents the formulation for a novel force-based 1-D compound-element that captures both material and second order P-${\Delta}$ nonlinearities in steel frames. At the nodal points, the element is attached to nonlinear rotational and a translational springs which represent the flexural and axial stiffness of the connections respectively. By decomposing the total strain in the material as well as the generalised displacements of the flexible connections to their elastic and inelastic components, a secant solution strategy based on a direct iterative scheme is introduced and the corresponding solution strategy is outlined. The strain and slope of the deformed element are assumed to be small; however the equilibrium equations are satisfied for the deformed element taking account of P-${\Delta}$ effects. The formulation accuracy and efficiency is verified by some numerical examples on the nonlinear static, cyclic and dynamic analysis of steel frames.
A general framework for the nonlinear geometric analysis of elastic space trusses is presented. Both total Lagrangian and finite incremental formulations are derived from the three key ingredients of statics, kinematics and constitutive law. Particular features of the general methodology include the preservation of static-kinematic duality through the concept of fictitious forces and deformations, and an exact description for arbitrarily large displacements, albeit small strain, that can be specialized to any order of geometrical nonlinearity. As for the numerical algorithm, we consider specifically the finite incremental case and suggest the use of a conventional, simple and flexible arc-length based method. Numerical examples are presented to illustrate and validate the accuracy of the approach.
This paper presents the effect of axial stretching on large amplitude free vibration of an extensible suspended cable supported at the same level. The model formulation developed in this study is based on the virtual work-energy functional of cables which involves strain energy due to axial stretching and work done by external forces. The difference in the Euler equations between equilibrium and motion states is considered. The resulting equations govern the horizontal and vertical motion of the cables, and are coupled and highly nonlinear. The solution for the nonlinear static equilibrium configuration is determined by the shooting method while the solution for the large amplitude free vibration is obtained by using the second-order central finite difference scheme with time integration. Numerical examples are given to demonstrate the vibration behaviour of extensible suspended cables.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1991.10a
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pp.271-288
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1991
SMAP-S2 is an advanced too-dimensional , static finite element computer program developed for the geometric and material nonlinear structure-medium interaction analysis. The program has specific applications for modeling geomechanical problems associated with multi-staged excavation or embankment. Theoretical formulations and computational algorithms are presented along with the description of elasto-plastic material models. Nonlinear features of the code are verified by comparing with known solutions or experimental test results. Capabilities of per- and post-processing programs are discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.407-415
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1999
There are two kinds of instability phenomena for shell-type structures which are snap-through and bifurcation buckling. These are very sensitive according to the shape characteristics including rise-span ratio and especially shape initial imperfection. In this study, the equilibrium path of shallow sinusoidal arches supported by hinges at both ends is investigated to grasp the instability behavior of shell-type structures with initial imperfection. The Galerkin method is used to get the nonlinear discretized equation of governing differential equation considering geometric nonlinearity of arches and the perturbation method is also used to transform the nonlinear equation to incremental form.
This paper studies nonlinear stability behavior of a nanocrystalline silicon curved nanoshell considering strain gradient size-dependency. Nanocrystallines are composite materials with an interface phase and randomly distributed nano-size grains and pores. Imperfectness of the curved nanoshell has been defined based on an initial deflection. The formulation of nanocrystalline nanoshell has been established by thin shell theory and an analytical approach has been used in order to solve the buckling problem. For accurately describing the size effects related to nano-grains or nano-pores, their surface energies have been included. Nonlinear stability curves of the nanoshell are affected by the size of nano-grain, curvature radius and nano-pore volume fraction. It is found that increasing the nano-pore volume fraction results in lower buckling loads.
Labbafi, S. Fatemeh;Sarafrazi, S. Reza;Kang, Thomas H.K.
Advances in Computational Design
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v.2
no.1
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pp.71-87
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2017
This study focuses on the efficiency and applicability of dynamic relaxation methods in form-finding of membrane structures. Membrane structures have large deformations that require complex nonlinear analysis. The first step of analysis of these structures is the form-finding process including a geometrically nonlinear analysis. Several numerical methods for form-finding have been introduced such as the dynamic relaxation, force density method, particle spring systems and the updated reference strategy. In the present study, dynamic relaxation method (DRM) is investigated. The dynamic relaxation method is an iterative process that is used for the static equilibrium analysis of geometrically nonlinear problems. Five different examples are used in this paper. To achieve the grading of the different dynamic relaxation methods in form-finding of membrane structures, a performance index is introduced. The results indicate that viscous damping methods show better performance than kinetic damping in finding the shapes of membrane structures.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.2
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pp.220-227
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1998
In substitution of beam-nonlinear spring model for real-car, it may have errors due to complicated characteristics of joint and overestimation of joints stiffness. In this research, a method for the joint modeling was suggested by nonlinear static and dynamic analyses of beam and shell joint models and verified by the application of accomplished joint modeling method to simplified full car model. In consequence, modified simplified full car model was improved in local acceleration and rigid wall force. Finally, the frontal crash analyses with the dummy were established and the accelerations of accelerations of head, chest and pelvis had good agreements with those of shell model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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