For the fabrication of poly-crystalline silicon ingot, CCCC (Cold Crucible Continuous Casting) method under a high frequency alternating magnetic field, was utilized in order to prevent crucible consumption and ingot contamination and to increase production rate. In order to effectively and continuously melt and cast silicon, which has a high radiation heat loss due to the high melting temperature and a low induction heating efficiency due to a low electric conductivity, Joule and pinch effects were optimized. Throughout the present investigation, poly-crystalline Si ingot was successfully produced at the casting speed of above 1.5 mm/min under a non-contact condition.
Studying the dynamic behavior of axially moving cylindrical shells in hygro-thermal environments has important theoretical and engineering value for aircraft design. Therefore, in this paper, considering hygro-thermal effect, the nonlinear forced vibration of an axially moving cylindrical shell made of functionally graded materials (FGM) is studied. It is assumed that the material properties vary continuously along the thickness and contain pores. The Donnell thin shell theory is used to derive the motion equations of FGM cylindrical shells with hygro-thermal loads. Under the four sides clamped (CCCC) boundary conditions, the Gallekin method and multi-scale method are used for nonlinear analysis. The effects of power law index, porosity coefficient, temperature rise, moisture concentration, axial velocity, prestress, damping and external excitation amplitude on nonlinear forced vibration are explored through parametric research. It can be found that, the changes in temperature and humidity have a significant effect. Increasing in temperature and humidity will cause the resonance position to shift to the left and increase the resonance amplitude.
Li, Shunlong;Dong, Jialin;Lu, Wei;Li, Hui;Xu, Wencheng;Jin, Yao
Smart Structures and Systems
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v.20
no.6
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pp.769-780
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2017
Cable force monitoring is an essential and critical part of the safety evaluation of cable-supported bridges. A reasonable cable force monitoring scheme, particularly, sensor placement related to accurate safety assessment and budget cost-saving becomes a major concern of bridge administrative authorities. This paper presents optimal sensor placement for cable force monitoring by selecting representative sensor positions, which consider the spatial correlativeness existing in the cable group. The limited sensors would be utilized for maximizing useful information from the monitored bridges. The maximum information coefficient (MIC), mutual information (MI) based kernel density estimation, as well as Pearson coefficients, were all employed to detect potential spatial correlation in the cable group. Compared with the Pearson coefficient and MIC, the mutual information is more suitable for identifying the association existing in cable group and thus, is selected to describe the spatial relevance in this study. Then, the bond energy algorithm, which collects clusters based on the relationship of surrounding elements, is used for the optimal placement of cable sensors. Several optimal placement strategies are discussed with different correlation thresholds for the cable group of Nanjing No.3 Yangtze River Bridge, verifying the effectiveness of the proposed method.
Boundary condition is an important factor affecting the vibration characteristics of structures, under different boundary conditions, structures will exhibit different vibration behaviors. On the basis of the previous work, this paper extends to the nonlinear resonance behavior of axially moving graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMF) plates with geometric imperfection under different boundary conditions. Based on nonlinear Kirchhoff plate theory, the motion equations are derived. Considering three boundary conditions, including four edges simply supported (SSSS), four edges clamped (CCCC), clamped-clamped-simply-simply (CCSS), the nonlinear ordinary differential equation system is obtained by Galerkin method, and then the equation system is solved to obtain the nonlinear ordinary differential control equation which only including transverse displacement. Subsequently, the resonance response of GPLRMF plates is obtained by perturbation method. Finally, the effects of different boundary conditions, material properties (including the GPLs patterns, foams distribution, porosity coefficient and GPLs weight fraction), geometric imperfection, and axial velocity on the resonance of GPLRMF plates are investigated.
This study investigates the use of a vibration correlation technique (VCT) to identify the buckling load of a rectangular thin plate. It is proposed that the buckling load can be determined experimentally using the natural frequencies of plates under tensile loading. A set of rectangular plates was tested for natural frequencies using an impact test method. Aluminum and stainless steel specimens with CCCC, CCCF and CFCF boundary conditions were included in the experiment. The measured buckling load was determined from the plot of the square of a measured natural frequency versus an in-plane load. The buckling loads from the measured vibration data match the numerical solutions very well. For specimens with well-defined boundary conditions, the average percentage difference between buckling loads from VCT and numerical solutions is -0.18% with a standard deviation of 5.05%. The proposed technique using vibration data in the tensile loading region has proven to be an accurate and reliable method which might be used to identify the buckling load of plates. Unlike other static methods, this correlation approach does not require drawing lines in the pre-buckling and post-buckling regions; thus, bias in data interpretation is avoided.
Considering that different boundary conditions can have an important impact on structural vibration characteristics. In this paper, the nonlinear forced vibration behavior of functionally graded material (FGM) doubly curved shells with initial geometric imperfections under different boundary conditions is studied. Considering initial geometric imperfections and von Karman geometric nonlinearity, the nonlinear governing equations of FGM doubly curved shells are derived using Reissner's first order shear deformation (FOSD) theory. Three different boundary conditions of four edges simply supported (SSSS), four edges clamped (CCCC), clamped-clamped-simply-simply (CCSS) were studied, and a system of nonlinear ordinary differential equations was obtained with the help of Galerkin principle. The nonlinear forced vibration response of the FGM doubly curved shell is obtained by using the modified Lindstedt Poincare (MLP) method. The accuracy of this method was verified by comparing it with published literature. Finally, the effects of curvature ratio, power law index, void coefficient, prestress, and initial geometric imperfections on the resonance of FGM doubly curved shells under different boundary conditions are fully discussed. The relevant research results can provide certain guidance for the design and application of doubly curved shell.
Wen-ming Zhang;Jia-qi Chang;Xing-hang Shen;Xiao-fan Lu;Tian-cheng Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.53-65
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2023
With the gradual implementation of long-span suspension bridges into high-speed railway operations, the main beam's bending stiffness contribution to the live load response permanently grows. Since another critical control parameter of railway suspension bridges is the beam-end rotation angle, it should not be ignored by treating the main beam deflection as the only deformation response. To this end, the current study refines the existing method of the main cable shape and simply supported beam bending moment analogy. The bending stiffness of the main beam is considered, and the main beam's analytical expressions of deflection and rotation angle in the whole span are obtained using the cable-beam deformation coordination relationship. Taking a railway suspension bridge as an example, the effectiveness and accuracy of the proposed analytical method are verified by the finite element method (FEM). Comparison of the results by FEM and the analytical method ignoring the main beam stiffness revealed that the bending stiffness of the main beam strongly contributed to the live load response. Under the same live load, as the main beam stiffness increases, the overall deformation of the structure decreases, and the reduction is particularly noticeable at locations with original larger deformations. When the main beam stiffness is increased to a certain extent, the stiffening effect is no longer pronounced.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.2
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pp.133-143
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2015
This paper describes the test results and nonlinear analysis of reinforced concrete T-beams strengthened by bonded steel plates under increasing static loading conditions. The first part of this paper discusses the flexural tests on five T-beams, including the test model design (based on similarity principles), test programs, and test procedure. The second part discusses the nonlinear numerical analysis of the strengthened beams, in which a concrete damage plasticity model and a cohesive behavior were adopted. The numerical analysis results are compared with experimental data and show good agreement. The area of bonded steel plate and the anchor bolt spacing were found to have an impact on the cracking load, yield load, and ultimate load. An increase in the area of steel plate and a reduction of the anchor spacing could significantly improve the cracking and ultimate loads and decrease the damage of the beam.
Safety is the prime concern for a high-speed railway bridge, especially when it is subjected to a collision. In this paper, an analysis framework for the dynamic responses of train-bridge systems under collision load is established. A multi-body dynamics model is employed to represent the moving vehicle, the modal decomposition method is adopted to describe the bridge structure, and the time history of a collision load is used as the external load on the train-bridge system. A (180+216+180) m continuous steel trussed-arch bridge is considered as an illustrative case study. With the vessel collision acting on the pier, the displacements and accelerations at the pier-top and the mid-span of the bridge are calculated when a CRH2 high-speed train running through the bridge, and the influence of bridge vibration on the running safety indices of the train, including derailment factors, offload factors and lateral wheel/rail forces, are analyzed. The results demonstrate that under the vessel collision load, the dynamic responses of the bridge are greatly enlarged, threatening the running safety of high-speed train on the bridge, which is affected by both the collision intensity and the train speed.
Considerable achievements in developing structural regulators as an important method for vibration control have been made over the last few decades. The use of large quantities of cables in traditional wired control systems to connect sensors, controllers, and actuators makes the structural regulators complicated and expensive. A wireless decentralized control experimental platform based on Wi-Fi unit is designed and implemented in this study. Centralized and decentralized control strategies as sample controllers are employed in this control system. An optimal control algorithm based on Kalman estimator is embedded in the dSPACE controller and the DSP controller. To examine the performance of this control scheme, a three-story steel structure is developed with active mass dampers installed on each floor as the wireless communication platform. Experimental results show that the wireless decentralized control exhibits good control performance and has various potential applications in industrial control systems. The proposed experimental system may become a benchmark platform for the validation of the corresponding wireless control algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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