Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.419-429
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2003
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of thick, hyperboloidal shells of revolution. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components u/sub r/, u/sub θ/, u/sub z/ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, we taken to be sinusoidal in time, periodic in θ, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential(strain) and kinetic energies of the hyperboloidal shells are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the hyperboloidal shells of revolution. Numerical results are tabulated for eighteen configurations of completely free hyperboloidal shells of revolution having two different shell thickness ratios, three variant axis ratios, and three types of shell height ratios. Poisson's ratio (ν) is fixed at 0.3. Comparisons we made among the frequencies for these hyperboloidal shells and ones which ate cylindrical or nearly cylindrical( small meridional curvature. ) The method is applicable to thin hyperboloidal shells, as well as thick and very thick ones.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.145-151
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2008
The research so far has primarily analyzed efficiency improvement but in this research, it analyzes the characteristics of earthquake behavior, with changed pier heights, through ordinary and seismic analysis. For this, the kind of bridge bearing has been changed against PSC I-shaped bridge, which is mostly used in practice, and at all times earthquake analysis has been performed with through height of pier. Especially considering sectional power resulting from earthquake analysis, displacement of PSC I-shaped bridge bearing, diameter of pier pillar by earthquake load, and upper spare gap have been analyzed. In case of high-pear, seismic isolated device is decided as proper for cars' driving and for management of bridge since it decreases movement of upper structure, than elastic bearing, reducing size of elastic connect device, and it's been analyzed it is effective for improvement of fine view and economic efficiency reducing section of lower bridge structure. Finally, when design PSC I-shaped bridge bearing, for the proper structure and high-pier side, applying seismic isolated device through precise inner analysis is proper than applying equal elastic bearing.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.5
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pp.227-234
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2018
Researches regarding measurement and control of the dynamic behavior of liquid such as sloshing have been actively on undertaken in various engineering fields. Liquid vibration is being measured in the study of tuned liquid dampers(TLDs), which attenuates wind motion of buildings even in building structures. To overcome the limitations of existing wave height measurement sensors, a method of measuring liquid vibration in a TLD using a laser Doppler vibrometer(LDV) and galvanometer scanner is proposed in this paper: the principle of measuring speed and displacement is discussed; a system of multi-point measurement with a single point of LDV according to the operating principles of the galvanometer scanner is established. 4-point liquid vibration on the TLD is measured, and the time domain data of each point is compared with the conventional video sensing data. It was confirmed that the waveform is transformed into the traveling wave and the standing wave. In addition, the data with measurement delay are cross-correlated to perform singular value decomposition. The natural frequencies and mode shapes are compared using theoretical and video sensing results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1041-1050
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2011
An elasto-plastic finite element method using the theory of strain gradient plasticity is proposed to evaluate the size dependency of structural plasticity that occurs when the configuration size decreases to micron scale. For this method, we suggest a low-order plane and three-dimensional displacement-based elements, eliminating the need for a high order, many degrees of freedom, a mixed element, or super elements, which have been considered necessary in previous researches. The proposed method can be performed in the framework of nonlinear incremental analysis in which plastic strains are calculated and averaged at nodes. These strains are then interpolated and differentiated for gradient calculation. We adopted a strain-gradient-hardening constitutive equation from the Taylor dislocation model, which requires the plastic strain gradient. The developed finite elements are tested numerically on the basis of typical size-effect problems such as micro-bending, micro-torsion, and micro-voids. With respect to the strain gradient plasticity, i.e., the size effects, the results obtained by using the proposed method, which are simple in their calculation, are in good agreement with the experimental results cited in previously published papers.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.441-449
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2015
In this paper we perform a linearized buckling analysis using the Kirchhoff plate theory and the von Karman nonlinear strain-displacement relation. Design sensitivity analysis(DSA) expressions for plane elasticity and buckling problems are derived with respect to Young's modulus and thickness. Using the design sensitivity, we can formulate the topology optimization method for minimizing the compliance and maximizing eigenvalues. We develop a topology optimization method applicable to plate buckling problems using the prestress for buckling analysis. Since the prestress is needed to assemble the stress matrix for buckling problem using the von Karman nonlinear strain, we introduced out-of-plane motion. The design variables are parameterized into normalized bulk material densities. The objective functions are the minimum compliance and the maximum eigenvalues and the constraint is the allowable volume. Through several numerical examples, the developed DSA method is verified to yield very accurate sensitivity results compared with the finite difference ones and the topology optimization yields physically meaningful results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2014
Using the level set and the meshfree methods, we develop a topological shape optimization method applied to linear elasticity problems. Design gradients are computed using an efficient adjoint design sensitivity analysis(DSA) method. The boundaries are represented by an implicit moving boundary(IMB) embedded in the level set function obtainable from the "Hamilton-Jacobi type" equation with the "Up-wind scheme". Then, using the implicit function, explicit boundaries are generated to obtain the response and sensitivity of the structures. Global nodal shape function derived on a basis of the reproducing kernel(RK) method is employed to discretize the displacement field in the governing continuum equation. Thus, the material points can be located everywhere in the continuum domain, which enables to generate the explicit boundaries and leads to a precise design result. The developed method defines a Lagrangian functional for the constrained optimization. It minimizes the compliance, satisfying the constraint of allowable volume through the variations of boundary. During the optimization, the velocity to integrate the Hamilton-Jacobi equation is obtained from the optimality condition for the Lagrangian functional. Compared with the conventional shape optimization method, the developed one can easily represent the topological shape variations.
The use of long rails in high-speed railway bridges causes additional stresses due to nonlinear behaviours between the rail and bridge decks in the neighbourhood of the deck joints. In the seismic response analysis of high-speed railway bridges, since structural response is highly sensitive to properties of the ground motion, spatial variation of the ground excitation affects responses of the bridges, which in turn affect stresses in the rails. In addition, it is shown that high-speed trains need very long distances to stop when braking under seismic occurrence corresponding to operational earthquake performance level so that verification of the safe stoppage of the train is also required. In view of such additional stresses due to long rails, sensibility of structural response to the properties of the ground motion and braking distance needed by the train to stop safely, this paper proposes and establishes a time domain nonlinear dynamic analysis method that accounts for braking loads, spatial variation of the ground motion and material nonlinearities of rails to analyze long rail stresses in high-speed railway bridges subjected to seismic event. The accuracy of the proposed method is demonstrated through an application on a typical site of the Korean high-speed railway.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.1
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pp.16-23
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2020
Water pipes are important facilities and consist of pipes of various specifications and materials. The annual average number of earthquakes in Korea is steadily increasing. Therefore, in case of the water pipe, it is estimated necessary to prepare for earthquakes. Damages to the water pipe by the earthquake can cause problems such as water supply and fire suppression, and cause damage to life and property. In Korea, however, it is difficult to find examples of seismic performance evaluation of water pipes based on experimental study. Damage to the water pipes by the earthquake is caused by the displacement-controlled behavior of the ground which is the liquifaction and fault lines. Especially, The damage to the water pipes by the earthquake is concentrated on the joint of the pipe. In particular, piping less than 200mm in diameter was found to be dangerous. Thus, in this study, the seismic and settlement performance of iPVC buried water pipes with fixed joints with a clamp of 150mm was evaluated with a test approach.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.1
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pp.35-42
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2020
Torsional behavior due to the plane irregularities of the piloti building can cause excessive story drift in the torsionally outermost column, which can lead to shear failure of the column. As a seismic retrofit method that can control the torsional behavior of the piloti building, the expansion of RC wall, steel frame or steel brace may be used, but such methods may hinder the openness of the piloti floor. Therefore, in this study, linear dynamic analysis and nonlinear static analysis for piloti buildings retrofitted by knee brace were performed, and seismic performance evaluation and torsion control effect of knee brace were analyzed. The results showed that the shear force of the column increased when the piloti building retrofitted by knee brace, but it was effective in controlling the torsional deformation. In case of retrofit between knee brace and column by 30°, the shear force of the column increased less than that of 60°, and the lateral displacement of column was decreased in the order of □, ◯ and H in cross-section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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