This paper presents an experimental study on vibration characteristics of an automotive roof with viscoelastic material. The goal of the study is to extract modal parameters (natural frequency, loss factor, and mode shape) of automotive roof with unconstrained and constrained layer damping treatment. To determine the effective position of the viscoelastic patch on a roof, vibration tests have been carried out for two cases; Aluminum plate with viscoelastic patch on maximum strain energy, and aluminum plate with viscoelastic patch on nodal line. From the result of aluminum plate, it is found that the viscoelastic patch should be attached on the Place with maximum strain energy Part. For the automotive root five Patches of unconstrained or constrained viscoelastic material have been attached on the position of maximum strain energy. This paper addresses that the proper position of viscoelastic patch is very important and the concept of maximum strain energy may be a good criterion f3r the placement of viscoelastic patch.
The applicability of the field-consistency paradigm, which was originally employed for analysis of locking due to constrained energy having the second power of a strain, is extended to the constrained energy having a quadratic form of strain. For the extension, nearly-incompressible plane strain problem is considered by introducing the concept of reduced minimization. The field-consistent analysis of the plane strain problem leads to a clear and systematic understanding on the relation amongst constraints imposed on element, spurious constraint -free optimal points, and integration order used.
The visualizing energy flow and control in vibrating stiffened plates with a cutout are studied using finite element method. The vibration intensity, vibration energy and strain energy distribution of stiffened plates with cutout at different excitation frequencies are calculated respectively and visualized for the various cases. The cases of different size and boundaries conditions of cutouts are also investigated. It is found that the cutout or opening completely changes the paths and distributions of the energy flow in stiffened plate. The magnitude of energy flow is significantly larger at the edges near the cutout boundary. The position of maximum strain energy distribution is not corresponding to the position of maximum vibrational energy. Furthermore, the energy-based control using constrained damping layer (CDL) for vibration suppression is also analyzed. According to the energy distribution maps, the CDL patches are applied to the locations that have higher energy distribution at the targeted mode of vibration. The energy-based CDL treatments have produced significant attenuation of the vibration energy and strain energy. The present energy visualization technique and energy-based CDL treatments can be extended to the vibration control of vehicles structures.
This paper presents an experimental study on vibration characteristics of an automotive roof with damping material. The goal of the study is to extract modal parameters(natural frequency, loss factor, and mode shape) of automotive roof with damping materials treatment. To determine the effective positions and thickness of the damping material on a roof, vibration tests have been carried out for six cases; an aluminum plate with damping material on maximum strain energy positions, and an aluminum plate with damping material on nodal lines. From the result of aluminum plate, it is found that the damping material should be placed on the location with maximum strain energy part. For the automotive roof, patches of constrained damping material, which has two different density, have been attached to the positions of the maximum strain energy with four kinds of thicknesses. This paper shows that the proper positioning of the damping material is very important and the effective thickness is about twice that of the roof panel.
An application of the constrained adaptive topology optimization (CATO) algorithm is described for three-dimensional topology optimization of engineering structures. The enhanced assumed strain lower order solid finite element (FE) is used to evaluate the values of objective and constraint functions required in optimization process. The strain energy (SE) terms such as elastic and modal SEs are employed as the objective function to be minimized and the initial volume of structures is introduced as the constraint function. The SIMP model is adopted to facilitate the material redistribution and also to produce clearer and more distinct structural topologies. The linearly weighted objective function is introduced to consider both static and dynamic characteristics of structures. Several numerical tests are tackled and it is used to investigate the performance of the proposed three-dimensional topology optimization process. From numerical results, it is found to be that the CATO algorithm is easy to implement and extremely applicable to produce the reasonable optimum topologies for three dimensional optimization problems.
Since the skew beam element has two curvatures which are a curvature and a torsion, spatial behavior of curved beam which cannot be included in one plane can be anlayzed by emploting the skew beam element. The $C^{0}$-continuous skew beam element shows the stiffness locking phenomenon when full integration is employed. The locking phenomenpn is characterized by two typical phenomena ; one is the much smaller displacement thant the exact one and theother is the undelation phenomenon is stress distribution. In this paper, we examine how unmatched coefficient in the constrained energy brings about the locking by Reduced Minimization theory. We perform the numerical ones. These comparisons show that uniformly full integration(UFI), which employs full integration for the constrained energy, entails the locking phenomenon. But the use of uniformly reduced integration(URI) of selectively reduced integration(SRI), which employs reduced integration for constrained energy, does not produce the significant errors of displacements of the undulation phenomenon in stress distribution since they do not entails the locking, Additionally, the error due to the approximated parameters for describing the geometry of skew beam is examined.d.
Surfaces of many engineering structures, specially, those of ships and airplanes are commonly fabricated as doubly curved shapes as well as singly curved surfaces to fulfill functional requirements. Given a three dimensional design surface, the first step in the fabrication process is unfolding or planar development of this surfaces into a planar shape so that the manufacturer can determine the initial shape of the flat plate. Also a good planar development enables the manufacturer to estimate the strain distribution required to form the design shape. In this paper, an algorithm for optimal approximated development of a general curved surface, including both singly and doubly curved surface is developed in the sense that the strain energy from its planar development to the design surface is minimized, subjected to some constraints. The development process is formulated into a constrained nonlinear programming problem, which is on basis of deformation theory and finite element. Constraints are subjected to characteristics of the fabrication method. Some examples on typical surfaces and the practical ship surfaces show the effectiveness of this algorithm.
We investigated complex damped modes in beams in the presence of a viscoelastic layer sandwiched between two elastic layers. The problem was solved using two approaches, (1) Rayleigh beam theory and analyzed using the Ritz method, and (2) by using 2D plane stress elasticity based finite-element method. The damping in the layers was modeled using the complex modulus. Simply-supported, cantilever, and viscously supported boundary conditions were considered in this study. Simple trigonometric functions were used as admissible functions in the Ritz method. The key idea behind sandwich structure is to increase damping in a beam as affected by the presence of a highly-damped core layer vibrating mainly in shear. Different assumptions are utilized in the literature, to model shear deformation in the core layer. In this manuscript, we used FEM without any kinematic assumptions for the transverse shear in both the core and elastic layers. Moreover, numerical examples were studied, where the base and constraining layers were also damped. The loss factor was calculated by modal strain energy method, and by solving a complex eigenvalue problem. The efficiency of the modal strain energy method was tested for different loss factors in the core layer. Complex mode shapes of the beam were also examined in the study, and a comparison was made between viscoelastically and viscously damped structures. The numerical results were compared with those available in the literature, and the results were found to be satisfactory.
Surfaces of many engineering structures, especially, those of ships are commonly made out of either single- or double-curved surfaces to meet functional requirements. The first step in the fabrication process of a three-dimensional design surface is unfolding or flattening the surface, otherwise known as planar development, so that manufacturers can determine the initial flat plate which is required to form the design shape. In this paper, an algorithm for optimal approximated development of a general curved surface, including both single- and double-curved surfaces, is established by minimizing the strain energy of deformation from its planar development to the design surface. The unfolding process is formulated into a constrained nonlinear programming problem, based on the deformation theory and finite element. Constraints are subjected to the characteristics of the fabrication method. And the design surface, or the curved shell plate is subdivided by automatic mesh generation.
In this study, the dynamic instabilities of a beam, subjected to periodic short impulsive loading, are investigated using simple 2-DoF beam model. The behaviors of beam model whose axial motions are constrained are studied for the case of elastic and elastic-plastic behavior. In the case of elastic behavior, the chaotic responses due to the periodic pulse are identified, and the characteristics of the behavior are analysed by investigating the fractal attractors in the Poincare map. The short-term and long-term responses of the beam are unpredictable because of the extreme sensitivities to parameters, a hallmark of chaotic response. In the case of elastic-plastic behavior, the responses are governed by the plastic strains which occur continuously and irregularly as time increases. Thus the characteristics of the response behavior change continuously due to the plastic strain increments, and are unpredictable as well as the elastic case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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