The influence of normal stress perpendicular to the potential shear plane was always neglected in existing researches, which may lead to a serious deviation of the shear strength of concrete members in practice designs and numerical analyses. In this study, a series of experimental studies are carried out in this paper, which serves to investigate the shear behavior of concrete under compression shear loading. Based on the test results, a three-phase shear failure model for cohesive elements are developed, which is able to take into consideration the influence of normal stress on the shear strength of concrete. To identify the accuracy and applicability of the proposed model, numerical models of a double-noted concrete plate are developed and compared with experimental results. Results show that the proposed constitutive model is able to take into consideration the influence of normal stress on the shear strength of concrete materials, and is effective and accurate for describing the complex fracture of concrete, especially the failure modes under compression shear loadings.
Controlling vibrations and noise in steel box girders is important for reducing noise pollution and avoiding discomfort to residents of dwellings along bridges. The fundamental approach to solving this problem involves first identifying the main path of transmission of the vibration energy and then cutting it off by using targeted measures. However, this requires an investigation of the characteristics of flow of vibration energy in the steel box girder, whereas most studies in the area have focused on analyzing its single-point frequency response and overall vibrations. To solve this problem, this study examines the transmission of vibrations through the segments of a steel box girder when it is subjected to harmonic loads through structural intensity analysis based on standard finite element software and a post-processing code created by the authors. We identified several frequencies that dominated the vibrations of the steel box girder as well as the factors that influenced their emergence. We also assessed the contributions of a variety of vibrational waves to power flow, and the results showed that bending waves were dominant in the top plate and in-plane waves in the vertical plate of the girder. Finally, we analyzed the effects of commonly used stiffened structures and steel-concrete composite structures on the flow of vibration energy in the girder, and verified their positive impacts on energy regionalization. In addition to providing an efficient tool for the relevant analyses, the work here informs research on optimizing steel box girders to reduce vibrations and noise in them.
Anisotropic materials are increasingly required in modern technological applications. Certainly, civil, mechanical and naval engineers frequently deal with the situation of analyzing the dynamical behaviour of structural elements being composed of such materials. For example, panels of anisotropic materials must sometimes support electromechanical engines, and besides, holes are performed in them for operational reasons e.g., conduits, ducts or electrical connections. This study is concerned with the natural frequencies and normal modes of vibration of rectangular anisotropic plates supported by different combinations of the classical boundary conditions: clamped, simply - supported and free, and with additional complexities such holes of free boundaries and attached concentrated masses. A variational approach (the well known Ritz method) is used, where the displacement amplitude is approximated by a set of beam functions in each coordinate direction corresponding to the sides of the rectangular plate. Consequently each coordinate function satisfies the essential boundary conditions at the outer edge of the plate. The influence of the position and magnitude of both hole and mass, on the natural frequencies and modal shapes of vibration are studied for a generic anisotropic material. The classical Ritz method with beam functions as spatial approximation proved to be a suitable procedure to solve a problem of such analytical complexity.
Statistical analysis on the measured responses of a suspension bridge deck (Law, et al. 2007) show that vibration response at the first torsional mode of the structure has a significant increase at and beyond the critical wind speed for vortex shedding as noted in the wind tunnel tests on a sectional model. This paper further analyzes the measured responses of the structure when under typhoon conditions for any possible vortex shedding events. Parameters related to the lifting force in such a possible event and the vibration amplitudes are estimated with a single-degree-of-freedom model of the system. The spatial correlation of vortex shedding along the bridge span is also investigated. Possible vortex shedding events are found at both the first torsional and second vertical modes with the root-mean-square amplitudes comparable to those predicted from wind tunnel tests. Small negative stiffness due to wind effects is observed in isolated events that last for a short duration, but the aerodynamic damping exhibits either positive or negative values when the vertical angle of wind incidence is beyond ${\pm}10^{\circ}$. Vibration of the bridge deck is highly correlated in the events at least in the middle one-third of the main span.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.10
no.4
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pp.41-49
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1986
With the trend towards high propulsive level, increasing ship's dimensions and heavier shaft systems supported by the hull structure of relatively stiffness in modern ships, transverse vibrations of propulsion shaft system have become one of the problems that should be predicted in the early design stage. Regarding transverse vibrations, coupling terms such as oilfilm, gyroscope and hydrodynamic effect of the propeller exist between the vertical and horizontal vibration, furthermore for the shaft system with strut and bossing its physical properties incorporated with hull structure must be considered. In order to predict the transverse vibratory condition of the propulsion shaft and take some appropriate countermeasures, it is necessary to make a fairly strict estimation of the vibratory behaviours of it. In this paper, theoretical approach using the finite element method is investigated to calculate natural frequencies and vibration modes for coupled free transverse vibrations of shaft system in two planes. Based on the method investigated a digital computer program is developed and is applied to calculate the above-mentioned vibrations of an experimental model shaft system. The results of the calculation are compared with those of the experimental measurements and they show an acceptable agreement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.2
s.173
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pp.370-377
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2000
This paper presents a mixed-mode type ER(electro-rheological) engine mount, and its vibration control performance for a passenger vehicle is presented. The field-dependent yield stress of a transfo rmer oil-based ER fluid is empirically distilled in both shear and flow modes. This is then incorporated with the governing equation of motion of the proposed mixed-mode(shear mode plus flow mode) type engine mount. The damping force is analyzed with respect to the intensity of the electric field and design parameters such as electrode gap. Subsequently, the ER engine mount which is equivalent to the conventional hydraulic engine mount in terms of the damping level is designed and manufactured. Both computer simulation and experimental test are undertaken in order to evaluate vibration isolation performance. In addition, this performance is compared with that of the conventional hydraulic engine mount.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.792-796
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2006
In recent years, the semiconductor industry and the optical industry is developed rapidly. The recent demand has expanded for optical components such as a optical lens, a optical semiconductor and a measuring instrument. Object transport systems are driven typically by the magnetic field and the conveyer belt. Recent industry requires more faster and efficient transport system. However, conventional transport systems are not adequate for transportation of optical elements and semiconductors. Because conveyor belts can damage precision optical elements by the contact force and magnetic systems can destroy the inner structure of semiconductor by the magnetic field. In this paper, the levitation transport system using ultrasonic wave is developed for transporting precision elements without damages. This transport system is using 2-mode ultrasonic wave excitation and flexural beam modes shapes are evaluated. It compared simulation results with experimental results
In this paper, an analytical model of a cantilever beam having a midpoint load is considered for structural optimization and design. This involves creation of the geometry through a parametric study of all design variables. For this purpose, the optimization of the cantilever beam was elaborated in order to find the optimum geometry which minimizes its volume eventually for minimum weight by FEM (finite element method) analysis. Such geometry can be obtained by different combinations of width and height, so that the beam may have the same cross-sectional area, yet different dynamic behavior. So for optimum safe design, besides minimum volume it should have minimum vibration as well. In order to predict vibration, different dynamic analyses were performed simultaneously to identify the resonant frequencies and mode shapes belonging to the lowest three modes of vibration. Next, by introducing damping effects, the tip displacement and bending stress at the fixed end was evaluated under dynamic loads of varying frequency. Investigation of the results clearly shows that only structural analysis is not enough to predict the optimum values of dimension for safe design it must be aided by dynamic analysis as well.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.340-346
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1998
In order to improve the prediction of dynamic behavior in structures, several lower vibration modes from FFT analysis through experiments are used to update the mechanical properties followed by the updated frequencies from numerical analysis. Performance index consists of the sum of error norms between the chosen frequencies and corresponding frequencies from numerical analysis. As an updating process of the natural frequencies, the optimization algorithm based on conjugate gradient method is adopted. The gradient of performance index is calculated using the sensitivity of selected eigenvalues with respect to each design parameter. The mechanical properties of lamina, E$\_$l/, E$\_$2/, .nu.$\_$12/ and G$\_$12/, are design parameters for the updating process. The proposed method is applied to predict the dynamic behavior of composite laminated plates of [0]$\_$8T/ and [.+-.45]$\_$2S/ separately or interchangeably. Also, the mixed case for [0]$\_$8T/ and [.+-.45]$\_$2S/ is exarm'ned to check the possibility for the improved prediction generally. The good agreement is obtained between the measured frequencies and the numerical ones. Based on the results for all the cases studied, the proposed approach has a clear potential in characterizing the mechanical properties of composite lamina.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1994.10a
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pp.35-39
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1994
One of the important characteristics of the response of nonlinear systems is the existence of subharmonic resonances. When some conditions in parameter space are satisfied. It is possible even in the presence of damping for a periodically excited nonlinear system to possess a response which is the combination of a contribution at the excitation frequency and a component at the system natural frequency. The system natural frequency being a submultiple of the excitation frequency implies that the resulting response is a subharmonic oscillation. In general, there also co-exists, for the system, a response at the excitation frequency, and initial conditions determine which of the steady-state responses is achieved in an experiment or a numerical simulation. In single-degree-of-freedom systems with harmonic excitation, depending on the type of the nonlinearity, e.g., cubic or quadratic the frequency of subharmonic response is respectively, one-third or one-half of that of the excitation frequency. Although subharmonic resonance is one of the principal characteristics of a nonlinear system the subharmonic responses of structures in the presence of internal resonances have been studied very rarely. In this work, we consider subharmonic responses in the two-mode approximation of the plate equations. It is assumed that the two modes are in one-to-one internal resonance. Constant and periodic steady-state solutions of the averaged equations are studied. Finally, the results of direct time integration of the original equations of motion are presented and compared with those obtained from the averaged equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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