• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.17 no.5
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• pp.1138-1149
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• 1993

A new mode synthesis method using Lagrange multipliers and substructure hybrid interface modes is presented. Substruture governing equations of motion are derived using Lagrange equations and the constraints of geometric compatibility between the substructures are treated with Lagrange multipliers. Fixed, free, and loaded interface modes can be employed for the modal bases of each substructure. In cases of the fixed and loaded interface modes, two successive modal transformation relations are used. Compared with the conventional mode synthesis methods, the suggested method does not construct the equations of motion of the coupled structure and the final characteristic equation becomes a polynomial. Only modal parameters of each substructure and geometric compatibility conditions are needed. The suggested method is applied to a simple lumped mass model and parametric study is performed.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2001.11a
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• pp.173-178
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• 2001

부분구조 합성법(substructuring or substructure synthesis)은 부분구조(substructure)의 주파수 응답함수(FRFs, frequency response functions)를 이용하여 합성된 전체 구조물의 동특성(dynamic behavior)을 파악하는 기술로서 이에 관한 이론은 명확하며 간단하다. 즉, 역행렬 계산과 같은 기본적인 행렬연산으로 부분구조 합성을 수행한다. 그러나, 여러 가지 요인으로 인하여 계산된 합성 결과는 실제로 결합된 전체 구조물의 동특성과는 차이를 보인다. 현실적인 이유로 고려하지 못하는 회전자유도와 실험에서 수반되는 여러 가지 측정오차는 주요한 요인이며 이에 대한 연구 또한 많이 진행되었다. 본 연구에서는 이러한 요인 중, 상대적으로 덜 중요하게 평가된 모드자름 오차(modal truncation error)의 영향을 고려한다. 단순한 구조물에 대하여 모의실험을 수행함으로써, 모드자름 오차로 인하여 완전히 잘못된 합성 결과가 나을 수 있다는 것을 보인다. 측정된 FRE를 이용하여 이러한 오차를 보정(compensation)하는 소개하고 이를 대상 구조물에 적용하여 모드자름 오차의 영향을 상당히 줄일 수 있다는 것을 보인다. 복잡한(complicated) 구조물에 대하여 모드자름 오차의 영향을 줄이기 위해서 모든 FRFs를 보정하는 것은 어려우므로 현실적인 대안을 모색한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.17 no.5
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• pp.1084-1094
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• 1993

An efficient method for determining forced responses of a general linear structural system in time domain using subtructure modes and Lagrange multipliers is presented. Compared with the conventional mode synthesis methods, the suggested method does not construct the equations of motion of the combined whole structure and thus the modal parameters of the whole structure are not required. Only modal parameters of each substructure and geometric compatibility conditions are needed. Both the loaded interface free-free modes and free interface modes can be employed as the modal bases of each substructure. Recurrence discrete-time state equations based upon state transition matrix are formulated for the transient analysis of a parameter-changing system. It is shown form numerical examples that the suggested method is very accurate and efficient to calculate transient responses compares with the direct numerical integration method.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 1997.04a
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• pp.176-183
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• 1997

본 논문에서는 모드합성법의 단점이라고 할 수 있는 고차모드의 생략오차를 보완하면서 합성 후의 전체구조물의 자유도를 줄일 수 있는 자유경계합성법을 대형복합구조물에 적용하기 위하여 일반화된 다중모드합성법을 제시하고 판구조물과 모형차에 적용하여 그 효율성을 검증하였다. 또한 모드합성법의 개념을 구조물의 동적구조변경에 적용하기 위한 부분구조 모드물성치 감도법을 제안하였으며, 이의 타당성을 확인하기 위하여 판구조물에 적용하였다. 이 방법은 물성치가 변하는 분계에서만 모드물성치의 감도를 다시 계산하여 합성하면 되므로 대형구조물의 구조변경시 효과적인 방법이다.

• Computational Structural Engineering
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• v.11 no.4
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• pp.287-294
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• 1998

입면의 형태가 임의의 층에서 큰 차이를 보이는 3차원 비정형 setback 구조물의 동적 거동 특성과 이들 구조물의 동적 거동에 미치는 바닥 슬래브의 면내 변형 효과를 분석하였다. 비정형 setback 구조물의 전반적인 동적 거동특성을 분석하기 위하여 베이스 부분의 평면적과 타워 부분의 평면적 비(R?), setback 발생위치(L?)등을 매개 변수로 사용하였다. 48개의 비정형 setback 구조물들에 대한 해석 수행 결과 setback 구조물은 정형 구조물에 비해 횡방향 1차 모드의 유효 모드 중량(effective modal weight)이 작게 나타나는 경향을 보이기 때문에 setback 구조물의 동적 거동을 파악하기 위해서는 등가 정적 해석법 대신에 동적 해석을 수행할 필요가 있음을 알 수 있었다. 바닥슬래브의 면내 변형은 보다 긴 구조물의 고유 진동 주기값을 가져오며 모드 순서 및 모드 형상에도 변화를 준다. 이러한 사실은 바닥슬래브의 면내 변형으로 인하여 횡방향 저항 요소들간의 전단력 분포와 층 변위가 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 현상은 횡방향 저항 요소들간의 강성 차가 심한 프레임-전단벽 시스템에서 두드러지게 나타난다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.38 no.6
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• pp.666-673
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• 2014

Finite Element Method(FEM) is the essential tools for analyzing structural and vibration problem. But common commercial program is high-priced and the usage is not easy. Hereby the authors developed FEM program by using Matlab, whose usage is very simple and whose performance is very high. For the convenience of use and calculating efficiency Component Mode Synthesis Method is adopted, which divides a structure by some sub-structures for easy handling, analyzes them by parts and analyzes the structure with encompassing Degrees of Freedom(DOF). And encompassed DOF could be restored to full DOF. To confirm the accuracy the program was applied to a flat plate, and the results were compared to experiment, and good agreements were achieved. The developed program is going to be opened to public.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.39 no.4
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• pp.393-398
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• 2015

A very important part in vibration analysis is to calculate the frequency response function (FRF). In general, a large sized or/and complicated structure has many thousands to millions of degrees. Therefore, the FRF cannot be calculated by the traditional analysis method using an inverse matrix. This paper presents a new FRF calculation method of a superstructure by synthesizing sub-structure modes, of which the DOF can be deduced by partitioning into some sub-structures. To confirm its analysis results, the method was applied to an assembled plate ($B300{\times}L900{\times}t5mm$) with three diagonal sub-plates($B300{\times}L300{\times}t5mm$) in series and compared with the measured data. The test results have were comparable those of the calculated ones with an error less than 5%.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.30 no.3
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• pp.116-126
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• 1993

The finite element method(FEM) has been commonly used for structural dynamic analysis. However, the direct global application of FEM to large complex structures such as ships and offshore structures requires considerable computational efforts, and remarkably more in structural dynamic optimization problems. Adoption of the component-mode synthesis method is an efficient means to overcome the above difficulty. Among three classes of the component-mode synthesis method, the free-interface mode method is recognized to have the advantages of better computational efficiency and easier implementation of substructures' experimental results, but the disadvantage of lower accuracy in analytical results. In this paper, an advanced method to improve the accuracy in the application of the free-interface mode method for the vibration analysis of large complex structures is presented. In order to compensate the truncation effect of the higher modes of substructures in the synthesis process, both residual inertia and stiffness effects are taken into account and a frequency shifting technique is introduced in the formulation of the residual compliance of substructures. The introduction of the frequency shrift ins not only excludes cumbersome manipulation of singular matrices for semi-definite substructural systems but gives more accurate results around the specified shifting frequency. Numerical examples of typical structural models including a ship-like two dimensional finite element model show that the analysis results based on the presented method are well competitive in accuracy with those obtained by the direst global FEM analysis for the frequencies which are lower than the highest one employed in the synthesis with remarkably higher computational efficiency and that the presented method is more efficient and accurate than the fixed-interface mode method.

• Computational Structural Engineering
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• v.11 no.4
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• pp.361-370
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• 1998

본 논문에서는 역전파학습에 의한 신경망기법을 사용하여 구조물의 미지계수를 추정하는 기법을 연구하였다. 대형구조물의 경우 계측 또는 추정하여야 하는 자유도의 수가 많으므로 인하여 구조계수를 추정하는 데에는 많은 어려움이 존재한다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여 부구조추정법과 부행렬계수를 사용하여 추정하고자 하는 미지계수의 수를 효율적으로 줄일 수 있도록 하였다. 구조물의 고유주파수 및 모드형상 등의 모드계수를 신경망의 입력자료로 사용하였으며, 추정하고자 하는 부재의 부행렬계수를 신경방의 출력자료로 사용하였다. 입력자료로 사용되는 모드계수에 포함되어 있는 계측오차 및 신호처리오차의 영향을 줄이기 위하여, 신경망의 학습과정에서 노이즈를 첨가하는 기법을 사용하였다. 일반적인 형태의 자켓구조물을 대상으로 수치해석을 수행함으로써 제안기법의 대형구조계에 대한 적용성을 검증하였다.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.25 no.4
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• pp.232-237
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• 2015

Complex dynamic systems are composed of several subsystems. Each subsystems affect the dynamics of other subsystems since they are connected to each other in the whole system. Theoretically, we can derive the exact mass and stiffness matrix of a system if we have the natural frequencies and mode shapes of that system. In real situation, the modal parameters for the higher modes are not available and the number of degree of freedom concerned are not so high. This paper shows a simple method to derive the mass and stiffness matrix of a system considering the connecting points of subsystems. Since the accuracy of reconstructed structure depends on the selection of node and mode, the rule for selection of node and mode are derived from the numerical examples.