This paper presents a framework of nonlinear dynamic analysis of a low-speed moving maglev (magnetically levitated) vehicle subjected to cross winds and controlled using a clipped-LQR actuator with time delay compensation. A four degrees-of-freedom (4-DOFs) maglev-vehicle equipped with an onboard PID (Proportional-Integral-Derivative) controller traveling over guideway girders was developed to regulate the electric current and control voltage. With this maglev-vehicle/guideway model, dynamic interaction analysis of a low-speed maglev vehicle with guideway girders was conducted using an iterative approach. Considering the time-delay issue of unsynchronized tuning forces in control process, a clipped-LQR actuator with time-delay compensation is developed to improve control effectiveness of lateral vibration of the running maglev vehicle in cross winds. Numerical simulations demonstrate that although the lateral response of the maglev vehicle moving in cross winds would be amplified significantly, the present clipped-LQR controller exhibits its control performance in suppressing the lateral vibration of the vehicle.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.443-444
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2011
This paper discusses a model order reduction for large order rotor dynamics systems results from the finite element discretization. Typical rotor systems consist of a rotor, built-on parts, and a support system, and require prudent consideration in their dynamic analysis models because they include unsymmetric stiffness, localized nonproportional damping and frequency dependent gyroscopic effects. When the finite element model has a very large number of degrees of freedom because of complex geometry, repeated dynamic analyses to investigate the critical speeds, stability, and unbalanced response are computationally very expensive to finish within a practical design cycle. In this paper, the Krylov-based model order reduction via moment matching significantly speeds up the dynamic analyses necessary to check eigenvalues and critical speeds of a Nelson-Vaugh rotor system. With this approach the dynamic simulation is efficiently repeated via a reduced system by changing a running rotational speed because it can be preserved as a parameter in the process of model reduction. The Campbell diagram by the reduced system shows very good agreement with that of the original system. A 3-D finite element model of the Nelson-Vaugh rotor system is taken as a numerical example to demonstrate the advantages of this model reduction for rotor dynamic simulation.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.177-184
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2002
Large amplitude sloshing can occur in contained fluid region due to the seismic ground motion. Also, The pressure by large amplitude sloshing damages the connections between the wall and roof of a fluid container and causes outflow of contained fluid. Therefore, to predict the dynamic behavior accurately, three dimensional analysis with the nonlinear boundary condition must be performed. In this study, the numerical solution procedure is developed using the boundary element method with the Lagrangian particle approach. In order to demonstrate the accuracy and validity of the developed method, the fluid motion for a free oscillation with small amplitude and a forced vibration are analyzed. And the numerical results are compared with the linear theory results and the previous studies with the nonlinear boundary condition.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6A
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pp.935-941
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2006
The hysteretic behavior of steel structure under cyclic and dynami loading such as earthquake is different to that under static loading. Because structural steels on dynamic deformation is different to static deformation with respect with mechanical characteristics and stress-strain relationship. Therefore, to accurately predict the hysteretic behavior of steel structures such as circular steel columns under cyclic and dynamic loading, the difference of loading carrying capacity and deformation according to loading rate, assumed static and dynamic deformation state, must be investigated. In this study, numerical analyses of circular steel column using SM490 for change of loading rate and diameter-thickness ratio(D/t) were carried out by using three-dimensional elastic-plastic finite element analysis and dynamic cyclic plasticity model of SM490 developed by the authors. Characteristics of hysteretic behavior of circular steel column using SM490, load carrying capacity and energy dissipation ratio, were clarified by analysis results.
Md Kamrul Hasan Ikbal;Dong Van Nguyen;Seokchul Kim;Dookie Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3472-3484
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2023
The objective of this research is to assess the seismic performance of different types of electrical cabinets in nuclear power plants. The cabinets under investigation are: (a) Case 1: a short single cabinet; (b) Case 2: a tall single cabinet; (c) Case 3: separated cabinets; and (d) Case 4: a combined cabinet with coupling effects. To accurately capture the real behavior of the cabinet, three-dimensional finite element models are developed using ANSYS with connection non-linearity. Frequency domain decomposition (FDD) is used to determine the dynamic properties of the cabinets from shaking table testing data, and these results are utilized to validate the numerical model. The close match between the experimental and numerical results obtained from the modal analysis demonstrates the accuracy of the numerical model. Subsequently, transient structural analysis is performed on the validated models to explore seismic performance. The results show that the acceleration response of the combined cabinet is lower than the single cabinet and the separated cabinet. This observation suggests that top anchors used to combine two different types of cabinets play a crucial role in assessing the efficiency and seismic resistance of electrical cabinets in a nuclear power plant.
The aim of this paper is to contribute to the efficient design of traffic light poles involved in vehicle frontal collisions by developing a computer-based, finite-element model capable of capturing the impact characteristics. This is achieved by using the available non-linear dynamic analysis software "LS-DYNA3D", which can accurately predict the dynamic response of both the vehicle and the traffic light pole. The fiber reinforced polymer(FRP) as a new pole's material is proposed in this paper to increase energy absorption capabilities in the case of a traffic pole involved in a vehicle head-on collision. Numerical analyses are conducted to evaluate the effects of key parameters on the response of the pole embedded in soil when impacted by vehicles, including: soil type(clay and sand) and pole material type(FRP and steel). It is demonstrated from the numerical analysis that the FRP pole-soil system has favorable advantages over steel poles, where the FRP pole absorbed vehicle impact energy in a smoother behavior, which leads to smoother acceleration pulse and less deformation of the vehicle than those encountered with steel poles. Also, it was observed that clayey soil brings a slightly more resistance than sandy soil which helps reducing pole movement at ground level. Finally, FRP pole system provides more energy absorbing leading to protection during minor impacts and under service loading, and remain flexible enough to avoid influencing vehicle occupants, thus reducing fatalities and injuries resulting from the crash.
A graded harmonic finite element formulation based on three-dimensional elasticity theory is developed for the structural analysis of 2D functionally graded axisymmetric structures. The mechanical properties of the axisymmetric solid structures composed of two different metals and ceramics are assumed to vary in radial and axial directions according to power law variations as a function of the volume fractions of the constituents. The material properties of the graded element are calculated at the integration points. Effects of material distribution profile on the static deformation, natural frequency and dynamic response analyses of particular axisymmetric solid structures are investigated by changing the power law exponents. It is observed that the displacements, stresses and natural frequencies are severely affected by the variation of axial and radial power law exponents. Good accuracy is obtained with fewer elements in the present study since Fourier series expansion eliminates the need of finite element mesh in circumferential direction and continuous material property distribution within the elements improves accuracy without refining the mesh size in axial and radial directions.
Dam movements are identified in real-time with measuring instruments for dam maintenance. However, for dams that have aged, the measuring instruments that were installed during the dam construction are frequently malfunctioning or completely failing altogether. Precision safety diagnosis is being executed for dams that are national facilities Type 1. During the diagnosis, a safety assessment is conducted for the dam body. Normally, during the analysis of dam safety, the widest cross-section is selected and a two-dimensional numerical analysis is taken place for the cross-section. However, numerous researchers have recently looked into applying the 3-dimensional numerical analysis program developments to precisely analyze the structure of the dam, as well as the surrounding strata, and the lower dam strata. In this study, PLAXIS 3D, a geotechnical generic FEM analysis program, was used to conduct dam safety assessments for earthquakes. The following were compared and analyzed: considering the seismic properties of the dam body with all zoned structures reflected as one rock-fill zone together with the dam body, considering the dam body as the rock-fill zone and the core zone, and the numerical analysis results. Thus, the study was aimed to analyze the impact properties of seismic waves according to the different zones.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.22-25
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2008
The dynamic response of the head arm assembly (HAA) of a hard disk drive to an impact load was obtained from a 3D non-linear finite element model using ANSYS/LS-DYNA and from experiments using a modified levitation mass method (LMM). In the finite element model, the impact load was created by modeling the mass as a rigid body and making it collide with the HAA. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were then obtained from the time history data of the finite element analysis. In the LMM, a mass that was levitated with an aerostatic linear bearing, and hence encountered negligible friction, was made to collide with the actuator arm, resulting in a dynamic bending test for the arm. During the collision, the Doppler frequency shift of the laser beam reflected from the mass was accurately measured with an optical interferometer. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were accurately calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. A good correlation between the experimental data and FEA results was observed. The FEA was also used to investigate the dynamic response of the HAA to impact by different masses.
In this research, a simple quasi 3D hyperbolic shear deformation model is employed for bending and dynamic behavior of functionally graded (FG) plates resting on visco-Pasternak foundations. The important feature of this theory is that, it includes the thickness stretching effect with considering only 4 unknowns, which less than what is used in the First Order Shear Deformation (FSDT) theory. The viscoPasternak's foundation is taken into account by adding the influence of damping to the usual foundation model which characterized by the linear Winkler's modulus and Pasternak's foundation modulus. The equations of motion for thick FG plates are obtained in the Hamilton principle. Analytical solutions for the bending and dynamic analysis are determined for simply supported plates resting on visco-Pasternak foundations. Some numerical results are presented to indicate the effects of material index, elastic foundation type, and damping coefficient of the foundation, on the bending and dynamic behavior of rectangular FG plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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