Waimer, Steffen;Manzato, Simone;Peeters, Bart;Wagner, Mark;Guillaume, Patrick
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.2
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pp.205-223
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2018
During launch a spacecraft is subjected to a variety of dynamical loads transmitted through the launcher to spacecraft interface or air-born transmission excitations in the acoustic pressure field inside the fairing. As a result, spacecraft are tested on ground to ensure and demonstrate the global integrity of the structure against these loads, to screen the flight hardware for quality of workmanship and to validate mathematical models. This paper addresses the numerical modelling and simulation of the low frequency sine and random vibration tests performed on electrodynamic shaker facilities to comprise the mechanical-borne transmission loads through the launcher to spacecraft interface. Consequently, the paper reviews techniques and methodologies to derive a reliable and representative coupled virtual vibration testing simulation environment based on experimental data. These technologies are explored with the main objectives to ensure a stable, reliable and accurate control while testing. As a result, the use of the derived simulation models in combination with the added value of improved control and signal processing algorithms can lead to a safer and smoother vibration test control of the entire environmental test campaign.
In this research, the dynamic stability and nonlinear vibration behavior of a smart rotating sandwich cylindrical shell is studied. The core of the structure is a functionally graded material (FGM) which is integrated by functionally graded piezoelectric material (FGPM) layers subjected to electric field. The piezoelectric layers at the inner and outer surfaces used as actuator and sensor, respectively. By applying the energy method and Hamilton's principle, the governing equations of sandwich cylindrical shell derived based on first-order shear deformation theory (FSDT). The Galerkin method is used to discriminate the motion equations and the equations are converted to the form of the ordinary differential equations in terms of time. The perturbation method is employed to find the relation between nonlinear frequency and the amplitude of vibration. The main objective of this research is to determine the nonlinear frequencies and nonlinear vibration control by using sensor and actuator layers. The effects of geometrical parameters, power law index of core, sensor and actuator layers, angular velocity and scale transformation parameter on nonlinear frequency-amplitude response diagram and dynamic stability of sandwich cylindrical shell are investigated. The results of this research can be used to design and vibration control of rotating systems in various industries such as aircraft, biomechanics and automobile manufacturing.
Shin, Jae Hyuk;Kim, Tae Hwan;Kang, Gu Heon;Ha, Do Jun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.7
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pp.677-687
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2017
Aircraft can often be exposed to a variety of environments and vibrations such as engine, hydraulic pump, aerodynamic force. These may cause cracking and destruction of the mechanical structure and sub-components by high-cycle fatigue. The axial piston type pump which is usually applied to the aircraft hydraulic pump can be necessarily accompanied by the fluid pulsation by continuous rotation of the axial piston. The fatigue crack was identified at the dampener fitting welding zone to prevent vibration damping during the running of aircraft equipped with this type of pulsation hydraulic pump. In order to understand the root cause of this matter, fracture and component analyses were carried out and also integral type dampener fitting was applied to prevent recurrence of the crack as a subject of design improvements. Structural integrity stress analysis, fatigue analysis, qualification test and aircraft system equipped test was conducted to verify the design validity in application to integral type dampener fitting. The test results were sufficiently satisfactory with the demand lifetime of the material from the various types of test as conducted and the subject of design improvement in this study could be objectively evaluated that shall be applied to the operational aircraft.
Li, Z.R.;Li, Z.C.;Dong, Z.F.;Huang, T.;Lu, Y.G.;Rong, J.L.;Wu, H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.9
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pp.3068-3084
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2021
Investigations of large commercial aircraft impact effect on nuclear power plant (NPP) buildings have been drawing extensive attentions, particularly after the 9/11 event, and this paper aims to experimentally assess the damage and vibrations of NPP buildings subjected to aircraft crash. In present Part I, two shots of reduce-scaled model test of aircraft impacting on NPP building were carried out. Firstly, the 1:15 aircraft model (weighs 135 kg) and RC NPP model (weighs about 70 t) are designed and prepared. Then, based on the large rocket sled loading test platform, the aircraft models were accelerated to impact perpendicularly on the two sides of NPP model, i.e., containment and auxiliary buildings, with a velocity of about 170 m/s. The strain-time histories of rebars within the impact area and acceleration-time histories of each floor of NPP model are derived from the pre-arranged twenty-one strain gauges and twenty tri-axial accelerometers, and the whole impact processes were recorded by three high-speed cameras. The local penetration and perforation failure modes occurred respectively in the collision scenarios of containment and auxiliary buildings, and some suggestions for the NPP design are given. The maximum acceleration in the 1:15 scaled tests is 1785.73 g, and thus the corresponding maximum resultant acceleration in a prototype impact might be about 119 g, which poses a potential threat to the nuclear equipment. Furthermore, it was found that the nonlinear decrease of vibrations along the height was well reflected by the variations of both the maximum resultant vibrations and Cumulative Absolute Velocity (CAV). The present experimental work on the damage and dynamic responses of NPP structure under aircraft impact is firstly presented, which could provide a benchmark basis for further safety assessments of prototype NPP structure as well as inner systems and components against aircraft crash.
Olympio, K.R.;Blender, F.;Holz, M.;Kommer, A.;Vetter, R.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.2
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pp.277-294
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2018
In the space industry, structures undergo several vibration and acoustic tests in order to verify their design and give confidence that they will survive the launch and other critical in-orbit dynamic scenarios. At component level, vibration tests are conducted with the aim to reach local or global interface loads without exceeding the design loads. So, it is often necessary to control and limit the input based on a load criterion. This means the test engineer should be able to assess the interface loads, even when load cannot be measured. This paper presents various approaches to evaluate interface loads using measured accelerations and by referring to mass operators. Various methods, from curve fitting techniques to finite element-based methods are presented. The methods are compared using signals with known imperfection to identify strengths and weaknesses of each mass operator definition.
In this manuscript, free vibrations of a unidirectional composite orthotropic Timoshenko beam based on finite strain have been studied. Using Green-Lagrange strain tensor and comprising all of the nonlinear terms of the tensor and also applying Hamilton's principle, equations of motion and boundary conditions of the beam are obtained. Using separation method in single-harmonic state, time and locative variables are separated from each other and finally, the equations of motion and boundary conditions are gained according to locative variable. To solve the equations, generalized differential quadrature method (GDQM) is applied and then, deflection and cross-section rotation of the beam in linear and nonlinear states are drawn and compared with each other. Also, frequencies of carbon/epoxy and glass/epoxy composite beams for different boundary conditions on the basis of the finite strain are calculated. The calculated frequencies of the nonlinear free vibration of the beam utilizing finite strain assumption for various geometries have been compared to von Karman one.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.6
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pp.23-28
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2020
A non-linear vibration isolation system composed of a non-linear spring and a linear damper was presented in a previous study. The advantage of the proposed isolator is the simple structure of the system. When the base of the isolator is harmonically excited, the response component of the mass at the excitation frequency was approximated using three different methods: linear approximation, harmonic balance, and higher-order frequency response functions (FRFs). The method using higher-order FRFs produces significantly more accurate results compared with the other methods. The error between the exact and approximate responses does not increase monotonously with the excitation amplitude and is less than 2%.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.323-327
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2001
Electrorheological(ER) and magnetorheological(MR) fluids have a unique ability to increase the dynamic yield stress of the fluid substantially when electric or magnetic field is applied. Controllable fluids such as ER and MR fluids have received considerable attention as several components of engineering devices. One of them is a smart impact damper using ER/MR fluids. Impact damper system can be used in the joint mechanism of railroad vehicle, protection equipment of elevator's drop, and launch equipment of aircraft. This paper presents the results of an analytical study of the performance of a smart impact damper to suppress vibration during impact excitation. The damping capabilities of MR impact damper for variable applied current are analyzed using Bingham model under sudden impact load.
The continuous circular cylindrical shells are widely used for the high performance structures of aircraft, spacecraft, missile, nuclear fuel rod shell etc.. In this paper, a method for the free vibration analysis of the continuous circular cylindrical shells with the multiple simple supports is developed by using the receptance method. With this method, the vibrational characteristics of the continuous system is analyzed by considering as a combined structure. The system receptance is also derided by the application of the equilibrium of forces and the continuity of displacements at the support points. The natural frequencies and mode shapes are calculated numerically and they are compared with the FEM results to improve the reliability of analytical solution. Numerical results on the 4-equal-span continuous circular cylindrical shell are presented in this paper.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.97-107
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2002
The continuous circular cylindrical shells are widely used for the high performance structures of aircraft, spacecraft, missile, nuclear fuel rod shell and so on. In this paper, a method for the vibrational analysis of the continuous circular cylindrical shells with the clamped-clamped supports at two end edges is developed by using the modal expansion method. Forces and/or moments acting on the shell surface are expressed in terms of the Dirac Delta Function. Frequency equation of the continuous shell is also derided by the application of the equilibrium of forces and the continuity of displacements at the boundary. Natural frequencies of the continuous shell are calculated numerically with mathematica 3.0 and they are compared with FEM results from the ANSYS 5.3 to improve the reliability of analytic solutions. Mode shares obtained by the FEM are Presented in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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