Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.4
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pp.414-421
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2010
The proper orthogonal decomposition(POD) is used to the vibration analysis of microcantilever in tapping mode atomic force microscopy(AFM). The proper orthogonal modes (POM) are extracted from vibrating signals of microcantilever when it resonates and taps the sample. We present recent ideas based on POD and detailed experiments that yield new perspectives into the microscale structures such as the tapping cantilever. The linearized modeling technique based on POD is very useful to show the principal characteristics of the complex dynamic responses of the AFM microcantilever.
Bhagwat, Madhav;Sasmal, Saptarshi;Novak, B.;Upadhyay, A.
Earthquakes and Structures
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v.2
no.4
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pp.337-356
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2011
In this paper, cable-stayed bridges with single pylon and two equal side spans, with variations in geometry and span ranging from 120 m to 240 m have been studied. 3D models of the bridges considered in this study have been analysed using ANSYS. As the first step towards a detailed seismic analysis, free vibration response of different geometries is studied for their mode shapes and frequencies. Typical pattern of free vibration responses in different frequencies with change in geometry is observed. Further, three different seismic loading histories are chosen with various characteristics to find the structural response of different geometries under seismic loading. Effect of variation in pylon shape, cable arrangement with variation in span is found to have typical characteristics with different structural response under seismic loading. From the study, it is observed that the structural response is very much dependent on the geometry of the cable-stayed bridge and the characteristics of the seismic loading as well. Further, structural responses obtained from the study would help the design engineers to take decisions on geometric shapes of the bridges to be constructed in seismic prone zones.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1995.10a
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pp.185-190
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1995
In recent years, many researcher have been interested in the stability of a thin beam. Among them, Pai and Nayfeh[1] had investigated the nonplanar motion of the cantilever beam under lateral base excitation and chaotic motion, but this study is associated with internal resonance, i.e. one to one resonance. Also Cusumano[2] had made an experiment on a thin beam, called Elastica, under bending loads. In this experiment, he had shown that there exists out-of-plane motion, involving the bending and the torsional mode. Pak et al.[3] verified the validity of Cusumano's experimental works theoretically and defined the existence of Non-Local Mode(NLM), which is came out due to the instability of torsional mode and the corresponding aspect of motions by using the Normal Modes. Lee[4] studied on a thin beam under bending loads and investigated the routes to chaos by using forcing amplitude as a control parameter. In this paper, we are interested in the motion of a thin beam under torsional loads. Here the form of force based on the natural forcing function is used. Consequently, it is found that small torsional loads result in instability and in case that the forcing amplitude is increasing gradually, the motion appears in the form of dynamic double potential well, finally leads to complex motion. This phenomenon is investigated through the poincare map and time response. We also check that Harmonic Balance Method(H.B.M.) is a suitable tool to calculate the bifurcated modes.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.5
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pp.482-489
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2010
This paper describes the test procedure, instrumentation, verification methodology and the results of the ground vibration test(GVT) and force vibration test(FVT) of the SmartUAV aircraft to estimate experimentally dynamic characteristics of the aircraft. Bungee cords are used to emulate free-free boundary conditions of the test aircraft. The SmartUAV is excited by three shakers and one-hundred frequency response functions(FRF's) is measured. The FRF's are reduced and analyzed to identify the dynamics parameters of the SmartUAV. To extract modal parameters of the SmartUAV such as, natural frequencies and damping ratios, the poly-reference least square complex exponential method is used in the time domain. The mode shape coefficients are estimated with the least squares frequency domain method to identify the vibration modes. The FVT was performed by fixed sine frequency with three shakers on the x, y and z direction and vibration characteristics of structures and detail equipments are measured.
Traditional approaches for structural health monitoring (SHM) seldom take ambient uncertainty (temperature, humidity, ambient vibration) into consideration, while their impacts on structural responses are substantial, leading to a possibility of raising false alarms. A few predictors model-based approaches deal with these uncertainties through complex numerical models running online, rendering the SHM approach to be compute-intensive, slow, and sometimes not practical. Also, with model-based approaches, the imperative need for a precise understanding of the structure often poses a problem for not so well understood complex systems. The present study employs a data-based approach coupled with Empirical mode decomposition (EMD) to correlate recorded response time histories under varying temperature conditions to corresponding damage scenarios. EMD decomposes the response signal into a finite set of intrinsic mode functions (IMFs). A two-dimensional Convolutional Neural Network (2DCNN) is further trained to associate these IMFs to the respective damage cases. The use of IMFs in place of raw signals helps to reduce the impact of sensor noise while preserving the essential spatio-temporal information less-sensitive to thermal effects and thereby stands as a better damage-sensitive feature than the raw signal itself. The proposed algorithm is numerically tested on a single span bridge under varying temperature conditions for different damage severities. The dynamic strain is recorded as the response since they are frame-invariant and cheaper to install. The proposed algorithm has been observed to be damage sensitive as well as sufficiently robust against measurement noise.
To investigate the effects of central buckles on the dynamic behavior and flutter stability of long-span suspension bridges, four different connection options between the main cable and the girder near the mid-span position of the Aizhai Bridge were studied. Based on the flutter derivatives obtained from wind tunnel tests, formulations of self-excited forces in the time domain were obtained using a nonlinear least square fitting method and a time-domain flutter analysis was realized. Subsequently, the influences of the central buckles on the critical flutter velocity, flutter frequency, and three-dimensional flutter states of the bridge were investigated. The results show that the central buckles can significantly increase the frequency of the longitudinal floating mode of the bridge and have greater influence on the frequencies of the asymmetric lateral bending mode and asymmetric torsion mode than on that of the symmetric ones. As such, the central buckles have small impact on the critical flutter velocity due to that the flutter mode of the Aizhai Bridge was essentially the symmetric torsion mode coupled with the symmetric vertical mode. However, the central buckles have certain impact on the flutter mode and the three-dimensional flutter states of the bridge. In addition, it is found that the phenomenon of complex beat vibrations (called intermittent flutter phenomenon) appeared in the flutter state of the bridge when the structural damping is 0 or very low.
Kim, Koung-Suk;Kang, Ki-Soo;Choi, Ji-Eun;Park, Chan-Ju;Hong, Jin-Who
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.2
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pp.182-188
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2001
This paper presents the vibration characteristics of a rectangular plate with $45^{\circ}$ oblique crack subjected to a uniaxial tension. The experiment is adopted by the time-average Electronic Speckle Pattern Interferometry(ESPI) method. The natural frequency and mode shape are considered accurately according to the increase of tensile load. When tensile load is zero, the vibration modes we agreed with the smooth and the $45^{\circ}$ obliquely cracked plate. But according to the increasement of load it is shown that vibration modes are extremely varied. The effects of the crack under the vibration are discussed in detail. It is indicated that the increase of load makes the variation of the frequencies and modes complicate in the range of even a small load. The results are agreed with the FEM analysis within 5%.
The suspension bridge is situated in an area of complex topography with both open sea and overland turbulence characteristics, and it is subject to frequent typhoon occurrences. This paper investigates experimentally the possible vortex shedding events of the structure under high wind and typhoon conditions. A single-degree-of-freedom model for the vibration of a unit bridge deck section is adopted to determine the amplitude of vibration and to estimate the parameters related to the lifting force in a vortex shedding event. The results of the studies are presented in a companion paper (Law, et al. 2007). In this paper, statistical analysis on the measured responses of the bridge deck shows that the vibration response at the first torsional mode of the structure has a significant increase at and beyond the critical wind speed for vortex shedding as noted in the wind tunnel tests on a section model of the structure.
The flexural vibration of laminated composite beams with an electro-rheological(ER) fluid has been investigated to design a structure with maximum possible damping capacity. The equations of motion are derived for flexural vibrations of symmetrical, mu1ti-layer laminated beams. The damping radio and modal damping of the first bending mode are calculated by means of iterative complex eigensolution method. Finite element method is used for the analysis of dynamic characteristics of the laminated composite beams with an ER fluid. For the validation of modeling methodology using viscoelastic theory the predicted dynamic properties are compared to the measured ones by author's previous work. They are in good agreement. This paper addresses a design strategy of laminated composite under flexural vibrations with an ER fluid.
The performance of a mixed $H_{\infty}/H_2$ design with pole placement constraints based on robust vibration control for a piezo/beam system is investigated. The governing equation of motion for the piezo/beam system is derived by Hamilton's principle. The assumed mode method is used to discretize the governing equation into a set of ordinary differential equation. A robust controller is designed by $H_{\infty}/H_2$ feedback control law that satisfies additional constraints on the closed-loop pole location in the face of model uncertainties, which are derived for a general class of convex regions of the complex plane. These constraints are expressed in terms of linear matrix inequalities (LMIs) approach for the multiobjective synthesis. The validity and applicability of this approach for vibration suppressions of SMART structural systems are discussed by damping out the multiple vibrational modes of the piezo/beam system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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