Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.6
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pp.69-77
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2002
To acquire the dynamic response and design the controller of the airship, the longitudinal motion of the airship with respect to the vertical gust, which is the nonlinear system, was studied. The effects of the apparent mass and moment of the airship delay the dynamic response and the settling time, which are slower than those of conventional airplanes. The current object of the airship is designed to cruise at 500~1000m altitude. At that height, the atmospheric conditions are generally unstable by wind gust. In this paper, it has been studied for the case of vertical gust, since the apparent mass effects are dominant in has been studied for the case of vertical gust, since the apparent mass effects are dominant in that plane. In addition to the study of the dynamic responses of the airship, the controller was designed using the PID-controller. When the gust was applied, airship responses were recovered of equilibrium states. However, it takes too ling time for recovery and the speed of airship is reduced. So, the aim in this paper was to fasten the recovery speed and to get back the cruising velocity. The control parameters were determined from the stability mode analysis, and the control inputs were the thrust and the elevator deflection angle.
This paper presents the field measurement results of wind effects on a super-tall building (CITIC Plaza, 391 m high) located in Guangzhou. The field data such as wind speed, wind direction and acceleration responses were simultaneously and continuously recorded from the tall building by a wind and vibration monitoring system during two typhoons. The typhoon-generated wind characteristics including turbulence intensity, gust factor, peak factor, turbulence integral length scale and power spectral density of fluctuating wind speed were presented and discussed. The dynamic characteristics of the tall building were determined based on the field measurements and compared with those calculated from a 3D finite element model of the building. The measured natural frequencies of the two fundamental sway modes of the building were found to be larger than those calculated. The damping ratios of the building were evaluated by the random decrement technique, which demonstrated amplitude-dependent characteristics. The field measured acceleration responses were compared with wind tunnel test results, which were found to be consistent with the model test data. Finally, the serviceability performance of the super-tall building was assessed based on the field measurement results.
With the assistance of typhoon field data at aerial elevation level observed by meteorological satellites and wind velocity and direction records nearby the ground gathered in Guangzhou Weather Station between 1985 and 2001, some key wind field parameters under typhoon climate in Guangzhou region were calibrated based on Monte-Carlo stochastic algorithm and Meng's typhoon numerical model. By using Peak Over Threshold method (POT) and Generalized Pareto Distribution (GPD), Wind field characteristics during typhoons for various return periods in several typical engineering fields were predicted, showing that some distribution rules in relation to gradient height of atmosphere boundary layer, power-law component of wind profile, gust factor and extreme wind velocity at 1-3s time interval are obviously different from corresponding items in Chinese wind load Codes. In order to evaluate the influence of typhoon field parameters on long-span flexible bridges, 1:100 reduced-scale wind field of type B terrain was reillustrated under typhoon and normal conditions utilizing passive turbulence generators in TJ-3 wind tunnel, and wind-induced performance tests of aero-elastic model of long-span Guangzhou Xinguang arch bridge were carried out as well. Furthermore, aerodynamic admittance function about lattice cross section in mid-span arch lib under the condition of higher turbulence intensity of typhoon field was identified via using high-frequency force-measured balance. Based on identified aerodynamic admittance expressions, Wind-induced stochastic vibration of Xinguang arch bridge under typhoon and normal climates was calculated and compared, considering structural geometrical non-linearity, stochastic wind attack angle effects, etc. Thus, the aerodynamic response characteristics under typhoon and normal conditions can be illustrated and checked, which are of satisfactory response results for different oncoming wind velocities with resemblance to those wind tunnel testing data under the two types of climate modes.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.9
no.3
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pp.111-118
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2004
An ocean buoy was deployed 10 km off Donghae city, Korea at a depth of 130 m to measure meteorological (air pressure, air temperature, wind speed, wind gust, wind direction, relative humidity) and oceanographic data (water properties and currents in the whole column) in real-time. The buoy recorded a maximum wind gust of 25 m/s (10 minutes' average speed of 20 m/s) and a minimum air pressure of 980 hPa when the eye of typhoon Maemi passed by near the Uljin city, Korea at 03:00 on 13 September 2003. The wave height reached maximum of 9 m with the significant wave height of 4 m at 04:00 (1 hour after the passage of Maemi). The currents measured near the surface reached up to about 100 cm/s at 13:00 (10 hours after the passage of Maemi). The mixed layer (high temperature and low salinity) thickness, which was accompanied by strong southward current, gradually increased from 20 m to 40 m during the 10 hours. A simple two layer model for the response to an impulsive alongshore wind over an uniformly sloping bottom developed by Csanady (1984) showed reasonable estimates of alongshore and offshore currents and interface displacement for the condition of typhoon Maemi at the buoy position (x=8.15 km) during the 10 hours.
The recommended factored design wind load effects for overhead lattice transmission line towers by codes and standards are evaluated based on the applicable wind load factor, gust response factor and design wind speed. The current factors and design wind speed were developed considering linear elastic responses and selected notional target safety levels. However, information on the nonlinear inelastic responses of such towers under extreme dynamic wind loading, and on the structural capacity curves of the towers in relation to the design capacities, is lacking. The knowledge and assessment of the capacity curve, and its relation to the design strength, is important to evaluate the integrity and reliability of these towers. Such an assessment was performed in the present study, using a nonlinear static pushover (NSP) analysis and incremental dynamic analysis (IDA), both of which are commonly used in earthquake engineering. For the IDA, temporal and spatially varying wind speeds are simulated based on power spectral density and coherence functions. Numerical results show that the structural capacity curves of the tower determined from the NSP analysis depend on the load pattern, and that the curves determined from the nonlinear static pushover analysis are similar to those obtained from IDA.
Wind effects are critical considerations in the design of topside structures, overall structural systems, or both, depending on the water depth and type of offshore platform. The reliable design of these facilities for oil fields in regions of hostile environment can only be assured through better understanding of the environmental load effects and enhanced response prediction capabilities. This paper summarizes the analysis and performance of offshore platforms under extreme wind loads, including the quantification of wind load effects with focus on wind field characteristics, steady and unsteady loads, gust loading factors, application of wind tunnel tests, and the provisions of the American Petroleum Institute Recommended Practice 2A - Working Stress Design (API RP 2A-WSD) for the construction of offshore structures under the action of wind. A survey of the performance of platforms and satellite structures is provided, and failure mechanisms concerning different damage scenarios during Hurricane Andrew are examined. Guidelines and provisions for improving analysis and design of structures are addressed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.287-292
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2005
This paper presents a rational polynomial approximation method to estimate modal parameters of wind excited structures using incomplete noisy measurements of structural responses and partial measurements of wind velocities only. A stochastic model of the excitation wind force acting on the structure is estimated from partial measurements of wind velocities. Then the transfer functions of the structure are approximated as rational polynomial functions. From the poles and zeros of the estimated rational polynomial functions, the modal parameters, such as natural frequencies, damping ratios, and mode shapes are extracted. Since the frequency characteristics of wind forces acting on structures can be assumed as a smooth Gaussian process especially around the natural frequencies of the structures according to the central limit theorem (Brillinger, 1969; Yaglom, 1987), the estimated modal parameters are robust and reliable with respect to the assumed stochastic input models. To verify the proposed method, the modal parameters of a TV transmission tower excited by gust wind are estimated. Comparison study with the results of other researchers shows the efficacy of the suggested method.
Gomathinayagam, S.;Harikrishna, P.;Abraham, A.;Lakshmanan, N.
Wind and Structures
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v.9
no.4
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pp.255-270
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2006
Several analytical procedures available in literature, for the evaluation of wind induced fatigue damage of structures, either assume the wide band random stress variations as narrow band random process or use correction factors along with narrow band assumption. This paper compares the correction factors obtained using the Rainflow Cycle (RFC) counting of the measured stress time histories on a lamp mast and a lattice tower, with those evaluated using different frequency domain methods available in literature. A Bi-modal spectral method has been formulated by idealising the single spectral moment method into two modes of background and resonant components, as considered in the gust response factor, for the evaluation of fatigue of slender structures subjected to "along-wind vibrations". A closed form approximation for the effective frequency of the background component has been developed. The simplicity and the accuracy of the new method have been illustrated through a case study by simulating stress time histories at the base of an urban light pole for different mean wind speeds. The correction factors obtained by the Bi-modal spectral method have been compared with those obtained from the simulated stress time histories using RFC counting method. The developed Bi-modal method is observed to be a simple and easy to use alternative to detailed time and frequency domain fatigue analyses without considerable computational and experimental efforts.
The probabilistic characteristics of wind loads have been analyzed using statistical data on wind speeds, pressure coefficient, exposure coefficient, and gust factor. The wind speed data collected at 25 nationwide weather stations have been modified to be consistent in measuring height, exposure condition as well as averaging time. Having performed Monte Carlo simulation for various heights and site conditions, the statistical models of wind loads were determined, in which Type-I extreme value distribution has been applied. The models also incorporate a reduction factor of 0.85 to account for the reduced probability that the maximum wind speed will occur in a direction most unfavorable to the response of structure.
This paper describes a new method for the estimation of six complex aerodynamic admittance functions. The aerodynamic admittance functions relate buffeting forces to the incoming wind turbulent components, of which the estimation accuracy affects the prediction accuracy of the buffeting response of long-span bridges. There should be two aerodynamic admittance functions corresponding to the longitudinal and vertical turbulent components, respectively, for each gust buffeting force. Therefore, there are six aerodynamic admittance functions in all for the three buffeting forces. Sears function is a complex theoretical expression for the aerodynamic admittance function for a thin airfoil. Similarly, the aerodynamic admittance functions for a bridge deck should also be complex functions. This paper presents a separated frequency-by-frequency method for estimating the six complex aerodynamic admittance functions. A new experimental methodology using an active turbulence generator is developed to measure simultaneously all the six complex aerodynamic admittance functions. Wind tunnel tests of a thin plate model and a streamlined bridge section model are conducted in turbulent flow. The six complex aerodynamic admittance functions, determined by the developed methodology are compared with the Sears functions and Davenport's formula.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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