This paper proposes an extension of the Improved Forced Based Design procedure to 3D steel structures. The Improved Forced Based Design (IFBD) procedure consists of a more rational sequence of the design checks proposed in Eurocode 8 and involves a more realistic selection of the behaviour factor instead of selecting an empirical value based on the ductility class and lateral resisting system adopted. The design procedure was tested on a group of four 3D steel structures, composed by moment-resisting frames with three storeys height and the same plan configuration in all storeys. The plan configuration was defined in order to target lateral restrained or unrestrained systems as well as plan regular or irregular structures. The same group of structures was also designed according to the force-based process prescribed in Eurocode 8. The member sizes obtained through the two approaches were compared and the seismic performance was assessed through nonlinear static and time-history analyses. The limit states referred to structural and non-structural damage, considering the two levels design approach, which are the serviceability and the ultimate limit states, were examined. The results obtained reveal that the IFBD leads to more economical structures that still comply with the performance requirements prescribed in Eurocode 8.
Analytical and experimental studies of the innovative pipe in pipe damper have been recently investigated by the authors. In this paper, by adding lead or zinc infill or slit diaphragm inside the inner pipe, it is tried to increase the equivalent viscous damping ratio improving the cyclic performance of the recently proposed multi-level control system. The damper consists of three main parts including the outer pipe, inner pipe and added complementary damping part. At first plastic deformations of the external pipe, then the internal pipe and particularly the added core and friction between them make the excellent multi-level damper act as an improved energy dissipation system. Several kinds of added lead or zinc infill and also different shapes of slit diaphragms are modeled inside the inner pipe and their effectiveness on hysteresis curves are investigated with nonlinear static analyses using finite element method by ABAQUS software. Results show that adding lead infill has no major effect on the damper stiffness while zinc infill and slit diaphragm increase damper stiffness sharply up to more than 10 times depending on the plate thickness and pipe diameter. Besides, metal infill increases the viscous damping ratio of dual damper ranging 6-9%. In addition, obtained hysteresis curves show that the multi-level control system as expected can reliably dissipate energy in different imposed energy levels.
Open ground story (OGS) reinforced concrete (RC) buildings are vulnerable to the complete collapse or severe damages under seismic actions. This study investigates the effectiveness of four different strengthening techniques representing the local and global modifications to improve the seismic performance of a non-ductile RC OGS frame. Steel caging and concrete jacketing methods of column strengthening are considered as the local modification techniques, whereas steel bracing and RC shear wall systems are selected as the global strengthening techniques in this study. Performance-based plastic design (PBPD) approach relying on energy-balance concept has been adopted to determine the required design force demand on the strengthening elements. Nonlinear static and dynamic analyses are carried out on the numerical models of study frames to assess the effectiveness of selected strengthening techniques in improving the seismic performance of OGS frame.. Strengthening techniques based on steel braces and RC shear wall significantly reduced the peak interstory drift response of the OGS frame. However, the peak floor acceleration of these strengthened frames is amplified by more than 2.5 times as compared to that of unstrengthened frame. Steel caging technique of column strengthening resulted in a reasonable reduction in the peak interstory drift response without substantial amplification in peak floor acceleration of the OSG frame.
In this paper, an application program is made to simulate the behavior of a ship block under various crane works and to generate data of lu9 reactions and wire tensions. The program is based on a CAD program, Pro/ENGINEER. A ship is composed of more than 100 ship blocks. In order to lift, move, turn, or put a ship block at a convenient location fur assembling, workers in a shipyard use cranes, wires, and lugs temporarily attached to the block. In the procedure of lifting and turning a ship block with a crane, it is important to find suitable lug points and wires to do the handling efficiently and prevent accidents. Evaluation of forces in lugs and wires is necessary, but the problem is rather complex due to nonlinearity and nonuniqueness. In the present development, the nonlinear system of equations for quasi-static equilibriums is derived and a Newton type solution method is adopted to solve the system. The importance of initial estimates to the solution is illustrated and two approaches are utilized and compared. With the program developed, users can assign lug points on the CAD model by mouse and choose various linking devices at each crane point. Users can try to simulate the motion for any prescribed conditions, compare the motion of the block and the reactions and choose appropriate lug points and the type of wires and lugs.
A Rubber mount is widely used for mechanical parts or engineering materials. Especially, it plays an important role in reducing mechanical vibration due to cyclic loading. But, rubber mount is damaged due to the cyclic loading and resonance. Therefore, it is necessary to investigate evaluation of fatigue life considering vibration characteristics for rubber. In this study, a vibration fatigue analysis was performed and based on Power Spectral Density(PSD) and the stress-life curve and a result of frequency response analysis in the finite element method. The measured load history in experiment was transformed to PSD curve. The stress-life curve was obtained by nonlinear static analysis and fatigue test. In addition, frequency response analysis was conducted for mechanical part. In order to evaluate fatigue life of rubber mount, vibration fatigue test was conducted at the constant acceleration-level as well. Fatigue life was determined when the load capacity is reduced to 60% of its initial value. As a result, predicted fatigue life of rubber mount agreed fairly well with the experimental fatigue life.
Earthquake excitations may induce important amount of seismic energy into structures. Current design philosophy mainly deals with the plastic deformations of replaceable energy dissipating devices rather than damages accumulated on structural members. Since earthquake damage is substantially concentrated on these devices they could be replaced after severe earthquakes. In this study, the efficiency of steel cushion (SC) on seismic improvement of a vulnerable reinforced concrete (RC) frame is determined by means of several numerical simulations. The cyclic shear behaviors of SCs were determined by performing quasi-static tests. The test results were the main basis of the theoretical model of SCs which were used in the numerical analysis. These analyses were performed on three types of RC frames namely bare frame (BF), full-braced frame (F-BF) and semi-braced frame (S-BF). According to analysis results; implementation of SCs has considerable effects in reducing the storey shear forces and storey drifts. Moreover plastic energy demands of structural elements were reduced which indicates a significant improvement in seismic behavior of the RC frame preventing damage accumulation on structural elements. Full-braced frame having SCs with the thickness of 25 mm has better performance than semi-braced frame interms of energy dissipation. However, global energy dissipation demand of S-BF and F-BF having SCs with the thickness of 18 mm are almost similar.
One of the important factors is the infill walls in the change of the structural rigidity, ductility, dynamic and static characteristics of the structures. The infill walls are not generally included in numerical analysis of reinforced concrete (RC) structural system due to lack of suitable theory and the difficulty of calculating the recommended models. In seismic regions worldwide, the residential structures are generally RC buildings with infill wall. Therefore, understanding the contribution of the infill walls to seismic performance of buildings may have a vital importance. This paper investigates the effects of infill walls on seismic performance of the existing RC residential buildings by considering requirements of the Turkish Earthquake Code (TEC). Seismic performance levels of residential RC buildings with and without walls in high-hazard zones were determined according to the nonlinear procedure given in the code. Pushover curves were obtained by considering the effect of masonry infill walls on seismic performance of RC buildings. The analysis results showed that the infill walls beneficially effected to the rigidity, roof displacements and seismic performance of the building.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.8
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pp.1353-1362
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2003
This paper considers a simultaneous optimization problem of structure and control systems. The problem is generally formulated as a non-convex optimization problem for the design parameters of mechanical structure and controller. Therefore, it is not easy to obtain the global solutions for practical problems. In this paper, we parameterize all design parameters of the mechanical structure such that the parameters work in the control system as decentralized static output feedback gains. Using this parameterization, we have formulated a simultaneous optimization problem in which the design specification is defined by the Η$_2$and Η$\_$$\infty$/ norms of the closed loop transfer function. So as to lead to a convex problem we approximate the nonlinear terms of design parameters to the linear terms. Then, we propose a convex optimization method that is based on linear matrix inequality (LMI). Using this method, we can surely obtain suboptimal solution for the design specification. A numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.
Theoretical and experimental study is conducted on the contact pressure distribution of a radial tire in motion under various camber angles. Tire construction is modelled by a spring bedded elastic ring, consisted of sidewall springs and a composite belt ring. The contact area is assumed to be a trapezoidal shape varying with camber angles and weighted load. The basic equation in a quasi-static form is derived for the deformation of a running belt with a constant velocity by the aid of Lagrange-Euler transformation. Galerkin's method and stepwise calculation are applied for solving the basic equation and the mechanical boundary condition along both sides of the contact belt part subjected to shearing forces transmitted from the sidewall spring. Experimental results on the contact pressure, measured by pressure sensors embedded in the surface of the drum tester, correspond well with the calculated ones for the test tire under various camber angles, running velocities and weighted loads. These results indicate that a buckling phenomenon of the contact belt in the widthwise direction occurs due to the effect of camber angle.
Recently, fluid dynamic bearings (EDBs) have important applications in miniature rotating machines such as those found in the computer information storage industry, due to their outstanding low acoustic noise and NRRO (Non-Repeatable Run Out) characteristics. This research investigates the dynamic behavior of fluid dynamic bearings composed of hydrodynamic herringbone groove journal and spiral groove thrust bearing. The five degrees of freedom of FDB are considered to describe the real motion of a general rotor bearing system. The Reynolds equation and five nonlinear equations of motion for the dynamic behavior are solved simultaneously, The incompressible Reynolds equation is solved by using the finite element method (FEM) in order to calculate the pressure distribution in a fluid film and the five equations of motion by using the Runge-Kutta method. The reaction forces and moments are obtained by integrating the pressure along the fluid film. Numerical results are validated by comparing with the previously published experimental and numerical results. As a result the dynamic behavior of FDB spindle such as orbit, floating height, and angular orbit is investigated by considering the conical motion under the static and dynamic load conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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