Recently, magnetorheological elastomer (MRE) material and its devices have been developed and attracted a good deal of attention for their potentials in vibration control. Among them, a highly adaptive base isolator based on MRE was designed, fabricated and tested for real-time adaptive control of base isolated structures against a suite of earthquakes. To perfectly take advantage of this new device, an accurate and robust model should be built to characterize its nonlinearity and hysteresis for its application in structural control. This paper first proposes a novel hysteresis model, in which a nonlinear hyperbolic sine function spring is used to portray the strain stiffening phenomenon and a Voigt component is incorporated in parallel to describe the solid-material behaviours. Then the fruit fly optimization algorithm (FFOA) is employed for model parameter identification using testing data of shear force, displacement and velocity obtained from different loading conditions. The relationships between model parameters and applied current are also explored to obtain a current-dependent generalized model for the control application. Based on the proposed model of MRE base isolator, a second-order sliding mode controller is designed and applied to the device to provide a real-time feedback control of smart structures. The performance of the proposed technique is evaluated in simulation through utilizing a three-storey benchmark building model under four benchmark earthquake excitations. The results verify the effectiveness of the proposed current-dependent model and corresponding controller for semi-active control of MRE base isolator incorporated smart structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.20-27
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2021
The present study presents a nonlinear finite element analysis (FEA) approach using the general program of Abaqus to evaluate the seismic response of unreinforced masonry walls strengthened with the steel bar truss system developed in the previous investigation. For finite element models of masonry walls, the concrete damaged plasticity (CDP) and meso-scale methods were considered on the basis of the stress-strain relationships under compression and tension and shear friction-slip relationship of masonry prisms proposed by Yang et al. in order to formulate the interface characteristics between brick elements and mortars. The predictions obtained from the FEA approach were compared with test results under different design parameters; as a result, a good agreement could be observed with respect to the crack propagation, failure mode, rocking strength, peak strength, and lateral load-displacement relationship of masonry walls. Thus, it can be stated that the proposed FEA approach shows a good potential for designing the seismic strengthening of masonry walls.
AliAsghar Moslemi Beirami;Vadim V. Ponkratov;Amir Ebrahim Akbari Baghal;Barno Abdullaeva;Mohammadali Nasrabadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.2
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pp.159-168
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2023
Cost-effective high precision hybrid elements are presented in a hierarchical form for dynamic analysis of plates. The costs associated with controlling the vibrations of ferromagnetic plates can be minimized by adequate determination of the amount of electric current and magnetic field. In the present study, the effect of magnetic field and electric current on nonlinear vibrations of ferromagnetic plates is investigated. The general form of Lorentz forces and Maxwell's equations have been considered for the first time to present new relationships for electromagnetic interaction forces with ferromagnetic plates. In order to derive the governing nonlinear differential equations, the theory of third-order shear deformations of three-dimensional plates has been applied along with the von Kármán large deformation strain-displacement relations. Afterward, the nonlinear equations are discretized using the Galerkin method, and the effect of various parameters is investigated. According to the results, electric current and magnetic field have different effects on the equivalent stiffness of ferromagnetic plates. As the electric current increases and the magnetic field decreases, the equivalent stiffness of the plate decreases. This is a phenomenon reported here for the first time. Furthermore, the magnetic field has a more significant effect on the steady-state deflection of the plate compared to the electric current. Increasing the magnetic field and electric current by 10-times results in a reduction of about 350% and an increase of 3.8% in the maximum steady-state deflection, respectively. Furthermore, the nonlinear frequency decreases as time passes, and these changes become more intense as the magnetic field increases.
The present research delves into the analysis of nonlinear free and forced vibrations of porous functionally graded (FG) shallow shells reinforced with oblique stiffeners, which are embedded in a nonlinear elastic foundation (NEF) subjected to external excitation. Two distinct types of PFG shallow shells, characterized by even and uneven porosity distribution along the thickness direction, are considered in the research. In order to model the stiffeners, Lekhnitskii's smeared stiffeners technique is implemented. With the stress function and first-order shear deformation theory (FSDT), the nonlinear model of the oblique stiffened shallow shells is established. The strain-displacement relationships for the system are derived via the FSDT and utilization of the von-Kármán's geometric assumptions. To discretize the nonlinear governing equations, the Galerkin method is employed. The model such developed allows analysis of the effects of the stiffeners with various angles as desired, in addition to the quantitative investigation on the influence of the surrounding nonlinear elastic foundations. To numerically solve the problem of vibrations, the 4th-order P-T method is used, as this method, known for its enhanced accuracy and reliability, proves to be an effective choice. The validation of the present research findings includes a comprehensive comparison with outcomes documented in existing literature. Additionally, a comparative analysis of the numerical results against those obtained using the 4th Runge-Kutta method is performed. The impact of stiffeners with varying angles and material parameters on the vibration characteristics of the present system is also explored. The researchers and engineers working in this field may use the results of this study as benchmarks in their design and research for the considered shell systems.
Hong, Eun-Soo;Cho, Gye-Chun;Baak, Seng Hyoung;Park, Jae-Hyun;Chung, Moonkyung;Lee, Seong-Won
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.6
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pp.521-531
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2014
This paper is a study for behaviour of cavern type anchorage tunnels for suspension bridges with cable tension. Anchorage behaviour, design method for anchorage, and failure surface angle, ${\delta}$ are analyzed by comparing numerical analysis results and ultimate pullout capacities($P_u$) using bilinear corelation equation. Results show that design depths for cavern type anchorage tunnels are easily checked with linear relationships for $P/{\gamma}/H$ vs. displacement and $P_u/{\gamma}/H$ vs. H/b. The analysis results of maximum shear strain distribution and plastic status show that failure shapes are closer to circular arc model than soil cone model which frequently used. To an easy calculation of the ultimate pullout capacity, we propose a simple bilinear failure model in this study. The calculated ultimate pullout capacities from the proposed bilinear corelation equation using two failure angles results are similar to the ultimate pullout capacities from numerical analysis.
Stem diameter and shoot fresh weight of tomato grown in greenhouse were measured non-destructively at 10 minutes interval from 1 to 16 July, 1996 with displacement detector using strain gauges and with suspension-type load cell, respectively, and simultaneously were measured soil water potential, transpiration and solar radiation. Ample water was irrigated before experiment, and thereafter, irrigations were made on the next morning when visual symptoms of wilting appeared. Shoot fresh weight and stem diameter showed very similar patterns in diurnal changes which are characterized by predawn maximum and afternoon minimum and in long- term evolutions, suggesting that stem diameter shrinkage and expansion are closely related to plant water content and growth, respectively, Shoot weight and stem diameter reached minimum values a little later than the time on which transpiration showed maximum. The daily net gains of fresh weight(DG) and stem diameter(DI) showed significantly Positive correlations with solar radiation in those days on which plants were not water-stressed. However, Dl and DG on those days of water stress showed much lower values than expected from the relationships between solar radiation and them. Transpiration was much lower than the expected potential transpiration on 10 July, implying that plants were water-stressed. In this case water stress was not detected from visual symptom of wilting and/or soil water potential, but was able to be identified by the lower DI and DG than the expected. The maximum contraction of stem diameter(MC) and the maximum loss of fresh weight(ML) during daytime showed significantly positive correlations with solar radiation in those days on which plants were not water-stressed and were observed greater than expected from the relationships on severely water-stressed days. But mild water stress could not be discernable by ML and MC. It would be concluded that the daily net gains of fresh weight and/or stem diameter could be used as criteria for diagnosing the water status of tomato and for triggoring the onset of irrigation in automatic system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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