Shape memory alloys (SMA) exhibit superelasticity which refers to the capability of entirely recovering large deformation upon removal of applied forces and dissipating input energy during the cyclic loading reversals when the environment is above the austenite finish temperature. This property is increasingly favored by the earthquake engineering community, which is currently developing resilient structures with prompt recovery and affordable repair cost after earthquakes. Compared with the other SMAs, NiTi SMAs are widely deemed as the most promising candidate in earthquake engineering. This paper contributes to evaluate the seismic performance of properly designed concentrically braced frames (CBFs) equipped with NiTi SMA braces under earthquake ground motions corresponding to frequently-occurred, design-basis and maximum-considered earthquakes. An ad hoc seismic design approach that was previously developed for structures with idealized SMAs was introduced to size the building members, by explicitly considering the strain hardening characteristics of NiTi SMA particularly. The design procedure was conducted to compliant with a suite of ground motions associated with the hazard level of design-basis earthquake. A total of four six-story CBFs were designed by setting different ductility demands for SMA braces while designating with a same interstory drift target for the structural systems. The analytical results show that all the designed frames successfully met the prescribed seismic performance objectives, including targeted maximum interstory drift, uniform deformation demand over building height, eliminated residual deformation, controlled floor acceleration, and slight damage in the main frame. In addition, this study indicates that the strain hardening behavior does not necessarily impose undesirable impact on the global seismic performance of CBFs with SMA braces.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.6
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pp.67-72
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2020
Life tests are essential in reducing the catastrophic damage caused by the accidents of large machinery such as aircraft and ships. However, life tests are challenging to implement due to the high costs and time required to test the life of large machinery parts. Therefore, it is advantageous and convenient to apply accelerated life test techniques for key components to reduce costs and time. In fact, extensive research has already been conducted on these techniques. However, recently, there have been cases in which an experimental value was applied to the shape parameter of the Weibull distribution used in the reliability test, but the test time was not significantly reduced. Therefore, in this paper, the shape parameters are estimated from the probability density function of the Weibull distribution for the analysis of an accelerated life test for bladder accumulators, which are core components of military helicopters. The test time was derived based on the number of samples and confidence level by substituting it into the test time equation. Next, the accelerated life test time was calculated using the steady-state test time with an acceleration factor obtained from the Arrhenius model. The steady-state life test required approximately 15,000 H, whereas the accelerated life test time for one sample at 100 ℃ was 34% shorter than that of the steady-state life test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.5
s.236
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pp.777-785
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2005
The swing motion control problem of a container hanging on the trolly is considered in the paper. In the container crane control problem, suppressing the residual swing motion of the container at the end of acceleration, deceleration or the case of that the unexpected disturbance input exists is main issue. For this problem, in general, many trolley motion control strategies are introduced and applied. In this paper, we introduce and synthesize a swing motion control system in which a small auxiliary mass is installed on the spreader made by ourselves. In this control system, the actuator reacting against the auxiliary mass applies inertial control forces to the container to reduce the swing motion in the desired manner. In many studies, the controllers used to suppress the vibration have been synthesized for the given mathematical model of plants. And, the designers have not been able to utilize the degree of freedom to adjust the structural parameters for the control object. To overcome this problem, so called 'Structure/control Simultaneous Method' is used. In this paper, the simultaneous design method is used to determine the optimum weight of moving mass such that the optimal system performance would be achieved. And the experimental result shows that the proposed control strategy is useful to the case of that the controlled system is exposed to the uncertainties and, robust to the unexpected disturbance inputs.
Modern structrues are being built using high-strength and light-weight construction materials resulting in decreased structural mass and damping properties. Rhythmic activities such as jumping, dancing and clapping during lively concerts can produce excessive vibration of steel structures. In this study, dynamic load factors that occur during lively concerts were presented through vibration test and real-time monitoring of an existing concert hall. The vibration test included modal analysis and jumping test according to the forcing frequencies and the number of participants. Dynamic load foactors were acquired directly from peak acceleration responses of each harmonics. Comparing NBCC 1995, the 3rd harmonic must be included in the design of concert halls. Dynamic load factors must be increased as a result of the vibration test.
This research is aimed at investigating the dynamic response of cut-and-cover tunnel to seismic waves. We carried out shaking table test which is used a 1/40-scale(the width of prototype tunnel is about 14.2m, the height is about 8.5m) model for this research, and we analyzed the effect of depth of tunnel and slope of the ground in relation to the dynamic responses of tunnel. As a result of the test, the stress and acceleration along the tunnel decreased accordingly to the depth of increment, and this phenomenon is caused by the increase of the confining effect of ground. Also, the dynamic responses of tunnel showed a tendency to rise according as ground declined gently. In comparison the result of shaking table test with that of structural analysis on ordinary condition, we conclude that seismic waves do not affect cut-and-cover tunnel when the depth of tunnel is over the diameter of tunnel.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.4A
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pp.287-293
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2011
This paper investigates the applicability of a piezoelectric cantilever for energy supply of wireless sensor node used in structural health monitoring of bridges. By combining the constitutive equation of piezoelectric material and the dynamic equation of cantilever structure, the coupled governing equation for cantilever equipped piezoelectric patches has been addressed in matrix form. Forced excitation tests were carried out to validate the numerical model and to investigate the power output characteristics of the energy harvester. From the numerical simulation based on the measured bridge accelerations under KTX, Saemaul, Mugunghwa trains, the peak powers generated from the device were found to be 28.5 mW, 0.65 mW, 0.51 mW respectively. It is revealed from the results that bridge vibrations caused by moving loads is not a practical source for energy harvesting because of its low acceleration level, low frequency and short duration.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.18
no.1
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pp.53-62
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2006
Structural measurements obtained from accelerometers, strain gauges. and tilt meters at Ieodo ocean research station was analyzed. In the acceleration signals, dynamic characteristics of the station were round by using the measured dynamic responses under different wave attacks and were compared with those by numerical analysis. Data from strain gauges and tilt-meters were also analyzed to identify the present state of dynamic response. Effect of wave height on the dynamic characteristics were investigated. The present results and those which will be measured and analyzed later can be used to identify and to assess the state of the station whether it is health or not.
Kim, Sung-Il;Kim, Eung-Bo;So, Sang-kyun;Choi, Jiyeon;Joung, Yeun-Ho
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.37
no.5
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pp.168-177
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2016
In this paper we present an implantable pressure sensor to measure real-time blood pressure by monitoring mechanical movement of artery. Sensor is composed of inductors (L) and capacitors (C) which are formed by microfabrication and direct bonding on two biocompatible substrates (quartz). When electrical potential is applied to the sensor, the inductors and capacitors generates a LC resonance circuit and produce characteristic resonant frequencies. Real-time variation of the resonant frequency is monitored by an external measurement system using inductive coupling. Structural and electrical simulation was performed by Computer Aided Engineering (CAE) programs, ANSYS and HFSS, to optimize geometry of sensor. Ultrafast laser (femto-second) cutting and MEMS process were executed as sensor fabrication methods with consideration of brittleness of the substrate and small radial artery size. After whole fabrication processes, we got sensors of $3mm{\times}15mm{\times}0.5mm$. Resonant frequency of the sensor was around 90 MHz at atmosphere (760 mmHg), and the sensor has good linearity without any hysteresis. Longterm (5 years) stability of the sensor was verified by thermal acceleration testing with Arrhenius model. Moreover, in-vitro cytotoxicity test was done to show biocompatiblity of the sensor and validation of real-time blood pressure measurement was verified with animal test by implant of the sensor. By integration with development of external interrogation system, the proposed sensor system will be a promising method to measure real-time blood pressure.
Zarnani, Saman;El-Emam, Magdi M.;Bathurst, Richard J.
Geomechanics and Engineering
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v.3
no.4
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pp.291-321
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2011
The paper describes a simple numerical FLAC model that was developed to simulate the dynamic response of two instrumented reduced-scale model reinforced soil walls constructed on a 1-g shaking table. The models were 1 m high by 1.4 m wide by 2.4 m long and were constructed with a uniform size sand backfill, a polymeric geogrid reinforcement material with appropriately scaled stiffness, and a structural full-height rigid panel facing. The wall toe was constructed to simulate a perfectly hinged toe (i.e. toe allowed to rotate only) in one model and an idealized sliding toe (i.e. toe allowed to rotate and slide horizontally) in the other. Physical and numerical models were subjected to the same stepped amplitude sinusoidal base acceleration record. The material properties of the component materials (e.g. backfill and reinforcement) were determined from independent laboratory testing (reinforcement) and by back-fitting results of a numerical FLAC model for direct shear box testing to the corresponding physical test results. A simple elastic-plastic model with Mohr-Coulomb failure criterion for the sand was judged to give satisfactory agreement with measured wall results. The numerical results are also compared to closed-form solutions for reinforcement loads. In most cases predicted and closed-form solutions fall within the accuracy of measured loads based on ${\pm}1$ standard deviation applied to physical measurements. The paper summarizes important lessons learned and implications to the seismic design and performance of geosynthetic reinforced soil walls.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.4
no.2
s.13
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pp.47-52
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2004
Whereas The masonry buildings are safe under gravity loads, most of the masonry buildings in Korea have many structural defects under a lateral load due to an earthquake acceleration. But there is no earthquake resistant design code for the Masonry in Korea. Therefore it may be necessary to be set up an seismic code and be suggested for reinforcing methods for existing masonry buildings. The purpose of this paper is to investigate seismic capacity of reinforced masonry buildings subjected to earthquake load. The typical two models of the masonry building in Korea are selected through a site investigation. On the basis of test results, the fiber reinforcing effect of the two models was considerable. The maximum base shear force and deformation capacity for RM were remarkably increased. It was found that the pier rocking failure was a dominant mode for the RM buildings during a seismic excitation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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