Ghayesh, Mergen H.;Ghazavi, Mohammad R.;Khadem, Siamak E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.34
no.4
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pp.507-523
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2010
Parametric and forced non-linear vibrations of an axially moving rotor both in non-resonance and near-resonance cases have been investigated analytically in this paper. The axial speed is assumed to involve a mean value along with small harmonic fluctuations. Hamilton's principle is employed for this gyroscopic system to derive three coupled non-linear equations of motion. Longitudinal inertia is neglected under the quasi-static stretch assumption and two integro-partial-differential equations are obtained. With introducing a complex variable, the equations of motion is presented in the form of a single, complex equation. The method of multiple scales is applied directly to the resulting equation and the approximate closed-form solution is obtained. Stability boundaries for the steady-state response are formulated and the frequency-response curves are drawn. A number of case studies are considered and the numerical simulations are presented to highlight the effects of system parameters on the linear and nonlinear natural frequencies, mode shapes, limit cycles and the frequency-response curves of the system.
In this paper, nonlinear static analysis of three-dimensional cable stayed bridges is performed for the time dependent materials properties such as creep, shrinkage and aging of concrete and relaxation of cable. Manavgat Cable-Stayed Bridge is selected as an application. The bridge located in Antalya, Turkey, was constructed with balanced cantilever construction method. Total length of the bridge is 202 m. The bridge consists of one $\ddot{e}$ shape steel tower. The tower is at the middle of the bridge span. The construction stages and 3D finite element model of bridge are modeled with SAP2000. Large displacement occurs in these types of bridges so geometric nonlinearity is taken into consideration in the analysis by using P-Delta plus large displacement criterion. The time dependent material strength and geometric variations are included in the analysis. Two different finite element analyses carried out which are evaluated with and without construction stages and results are compared with each other. As a result of these analyses, variation of internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge tower and displacement and bending moment for bridge deck are given with detailed. It is seen that construction stage analysis has a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
D'Aniello, M.;La Manna Ambrosino, G.;Portioli, F.;Landolfo, R.
Steel and Composite Structures
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v.15
no.5
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pp.539-566
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2013
This paper summarises the results of a numerical study on the non linear response of steel concentric braced frames under monotonic and cyclic loads, using force-based finite elements with section fibre discretisation. The first part of the study is addressed to analyse the single brace response. A parametric analysis was carried out and discussed to evaluate the accuracy of the model, examining the influence of the initial camber, the material modelling, the type of force-based element, the number of integration points and the number of fibers. The second part of the paper is concerned with the modelling issues of whole braced structures. The effectiveness of the modelling approach is verified against the nonlinear static and dynamic behaviour of different type of bracing configurations. The model sensitivity to brace-to-brace interaction and the capability of the model to mimic the response of complex bracing systems is analyzed. The influence of different approaches for modelling the inertia, the equivalent viscous damping and the brace hysteretic response on the overall structural response are also investigated. Finally, on the basis of the performed numerical study general modelling recommendations are proposed.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
Accurate modeling of contact interface in bolted joints is crucial in predicting the dynamic behavior for bolted assemblies under external load. This paper presents a contact pressure distribution based non-uniform virtual material method to describe the joint interface of assembly structure, which is connected by sparsely distributed multi-bolts. Firstly, the contact pressure distribution of bolted joints is obtained by the nonlinear static analysis in the finite element software ANSYS. The contact surface around bolt hole is divided into several sub-layers, and contact pressure in each sub-layer is thought to be evenly. Then, considering multi-asperity contact at the micro perspective, the relationship between contact pressure and interfacial virtual material parameters for each sub-layer is established by using the fractal contact theory. Finally, an experimental platform for the dynamic characteristics testing of a beam lap structure with double-bolted joint is constructed to validate the efficiency of proposed method. It is found that the theoretical results are in good agreement with experimental results by impact response in both time- and frequency-domain, and the relative errors of the first four natural frequencies are less than 1%. Furthermore, the presented model is used to examine the effect of rough contact surface on dynamic characteristics of bolted joint.
Park, Sang-Jin;Jang, Jeong-Hwan;Jang, Geon-Hui;Lee, Yong-Bok;Kim, Chang-Ho
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.8
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pp.425-433
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2002
This research investigates the electromechanical characteristics of a sing1e-phase squirrel cage induction motor due to broken rotor bars and rotor eccentricity. Numerical analysis is performed by solving the nonlinear time-stepping finite element equation coupled with the magnetic field equation, circuit equation and mechanical equation of motion. It shows that the asymmetry of magnetic flux due to the broken rotor bars and rotor eccentricity introduce a change in the stator current, torque, speed, magnetic force and vibration of a rotor at the same time. However, even in the existence of rotor eccentricity, 3 broken rotor bar introduces a dominant change in the magnetic force and rotor displacement, i.e., beating phenomenon in time domain and sideband frequencies in frequency spectra, respectively.
Safety related devices unconstrained temporally in the process of operation of nuclear power plants could be damaged by the sliding during seismic activity. In this study sliding response of unconstrained objects to the base excitations is studied experimentally and analytically. In experiments static and dynamic tests to determine the coefficient of friction and the shaking table experiments to verify the sliding response of the analytic results were conducted. Numerical solutions by solving the nonlinear differential equations of motion governing sliding were found by the computer program using the step by step acceleration method. The exact solutions of the sliding response to the simple forms of base excitations were found to verify the computer program developed in this study. Relative displacement envelopes were suggested as a colliding criteria of the unconstrained objects.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.spc2
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pp.322-333
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2005
This paper proposes a combination of the Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) and Static Var Compensator (SVC) installation for enhancing the damping performance of a power system. The developed scheme employs a damping controller which coordinates measurement signals with control signals to control the TCSC and SVC. The coordinated control method is based on the application of projective controls. Controller performance over a range of operating conditions is investigated through simulation studies on a single-machine infinite-bus power system. The linear analysis and nonlinear simulation results show that the proposed controller can significantly improve the damping performance of the power system and hence, increase its power transfer capabilities. In this paper, a current injection model of TCSC is developed and incorporated in the transmission system model. By using equivalent injected currents at terminal buses to simulate a TCSC no modification of the bus admittance matrix is required at each iteration.
In this study the seismic performances of reinforced concrete apartment buildings with Y- and box-shaped plans having central core are investigated. Three types of model structures are designed for each shape depending on the amount of shear partition walls: structures with all shear walls, structures with all columns except the core walls, and structures with shear walls and columns combined. The required amount of concrete to satisfy the specified design loads is the largest in the all shear wall structures, and decreases as more and more shear walls are replaced with columns. The amount of re-bars increased significantly in the flat plate structures. According to nonlinear static and dynamic analysis results, the structures with all shear walls and all columns turn out to have the largest and the smallest strengths, respectively. However it is observed that even the all-column structures with shear core have proper load resisting capacity for design level seismic load.
Park, Young-Mi;HwangBo, Jin;Ryu, Jong-Hyuk;Han, Sang-Whan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.233-236
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2008
This study evaluates the seismic performance of post-tensioned(PT) flat plate frames with or without slab bottom reinforcement. For this purpose, 3 and 9 story PT flat plate frames designed only considering gravity loads. This study conducts a nonlinear static pushover analysis. This study use an analytical model which is able to represent punching shear failure and fracture mechanism. The analytical results showed that seismic performance of PT flat plate frame is strongly influenced by the existence of slab bottom reinforcement through column. By placing slab bottom reinforcement in PT flat plate frame, lateral strength and deformation capacity are significantly increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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