In this paper, we analyse and present mechanical dynamic characteristics of a micro-machined vibrating silicon ring gyroscope which can measure angular velocities about three orthogonal axes. The ring gyroscope has a ring connected to the gyroscope main body by support-ligaments which are arranged with cyclic symmetry. The natural modes of its vibration can be distinguished into the in-plane motion and the out-of-plane motion which are coupled by the gyro-effect due to the rotation of the gyroscope main body. The equations of motion, the response to angular velocities, and the relationships between the natural modes of vibration are derived and compared with the previous studies for the design of a micro three-axis ring gyroscope.
Fluid-body interaction analysis of floating body with six degree-of-freedom motion is presented. In this study, three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations are employed as a governing equation. The numerical method is based on a finite-volume approach on a cartesian grid together with a fractional-step method. To represent the body motion, the immersed boundary method for direct forcing is employed. In order to simulate the coupled six degree-of-freedom motion, Euler's equations based on rigid body dynamics are utilized. To represent the complex body shape, level-set based algorithm is utilized. In order to describe the free surface motion, the volume of fluid method utilizing the tangent of hyperbola for interface capturing scheme is employed. This study showed three different continuums(air, water and body) are simultaneously simulated by newly developed code. To demonstrate the applicability of the current approach, two different problems(dam-breaking with stationary obstacle and water entry) are simulated and all results are validated.
El Abbas, Nadia;Khamlichi, Abdellatif;Bezzazi, Mohammed
Coupled systems mechanics
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제5권4호
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pp.285-304
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2016
The effects of large rotations and p-delta on the dynamic response of a structure subjected to seismic loading and local uplift of its foundation were analyzed in this work. The structure was modeled by an equivalent flexible mat mounted on a rigid foundation that is supported either by a Winkler soil type or a rigid soil. The equations of motion of the system were derived by taking into account the equilibrium of the coupled foundation-mat system where the structure was idealized as a single-degree-of-freedom. The obtained nonlinear coupled system of ordinary differential equations was integrated by using an adequate numerical scheme. A parametric study was performed then in order to evaluate the maximum response of the system as function of the intensity of the earthquake, the slenderness of the structure, the ratio of the mass of the foundation to the mass of the structure. Three cases were considered: (i) local uplift of foundation under large rotation with the p-delta effect, (ii) local uplift of foundation under large rotation without including the p-delta effect, (iii) local uplift of foundation under small rotation. It was found that, in the considered ranges of parameters and for moderate earthquakes, assuming small rotation of foundation under seismic loading can yield more adverse structural response, while the p-delta effect has almost no effect.
This research numerically analyzes the dynamic characteristics of a coupled journal and thrust hydrodynamic bearing due to its groove location which has the static load due to the weight of a rotor in the axial direction and the dynamic load due to its mass unbalance in the radial direction. The Reynolds equation is transformed to solve a plain member rotating type of journal bearing(PMRJ), a grooved member rotating type of journal bearing (GMRJ), a plain member rotating type of thrust bearing (PMRT) and a grooved member rotating type of thrust bearing (GMRT). FEM is used to solve the Reynolds equations in order to calculate the pressure distribution in a fluid film. Reaction forces and friction torque are obtained by integrating the pressure and shear stress along the fluid film, respectively. Dynamic behaviors, such as whirl radius or floating height of a rotor, are determined by solving its nonlinear equations of motion with the Runge-Kutta method. This research shows that the groove location affects the pressure distribution in the fluid film and consequently the dynamic performance of a HDD spindle system.
In this study, a fluid/structure coupled analysis system for simulating complex flow-induced vibration (FIV) phenomenon of cascades has been developed. The flow is modeled using Euler and Wavier-Stokes equations with different turbulent models. The fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic deformations due to the motion of structural boundary. The Spalart-Allmaras (S-A) and the SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulent models are used to predict the transonic turbulent flows. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used in order to solve the coupled governing equations for viscous flow-induced vibration phenomena. For the purpose of validation for the developed FIV analysis system, comparison results for computational analyses of steady and unsteady aerodynamics and flutter analyses are presented in the transonic flow region. In addition, flow-induced vibration analyses for the isolated cascade and multi-blades cascade models have been conducted to show the physical fluid-structure interaction effects in the time domain.
In this study, a fluid/structure coupled analysis system for simulating complex flow-induced vibration (FIV) phenomenon of cascades has been developed. The flow is modeled using Euler and Wavier-Stokes equations with different turbulent models. The fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic deformations due to the motion of structural boundary. The Spalart-Allmaras (S-A) and the SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulent models are used to predict the transonic turbulent flows. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used in order to solve the coupled governing equations for viscous flow-induced vibration phenomena. For the purpose of validation for the developed FIV analysis system, comparison results for computational analyses of steady and unsteady aerodynamics and flutter analyses are presented in the transonic flow region. In addition, flow-induced vibration analyses for the isolated cascade and multi-blades cascade models have been conducted to show the physical fluid-structure interaction effects in the time domain.
The vibration of an axially moving string is studied when the string has geometric non-linearity and translating acceleration. Based upon the von karman strain theory, the equations of motion are derived considering the longitudinal and transverse deflection. The equation for the longitudinal vibration is linear and uncoupled, while the equation for the transverse vibration is non-linear and coupled between the longitudinal and transverse deflections. These equations are discretized by using the Galerkin approximation after they are transformed into the variational equations, i.e. the weak forms so that the admissible and comparison functions can be used for the bases of the longitudinal and transverse deflections respectively. With the discretized nonlinear equations, the time responses are investigated by using the generalized-$\alpha$ method.
Vosoughi, Ali R.;Malekzadeh, Parviz;Topal, Umut;Dede, Tayfun
Steel and Composite Structures
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제28권4호
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pp.509-516
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2018
The differential quadrature (DQ) and teaching-learning based optimization (TLBO) methods are coupled to introduce a hybrid numerical method for maximizing fundamental natural frequency of laminated composite skew plates. The fiber(s) orientations are selected as design variable(s). The first-order shear deformation theory (FSDT) is used to obtain the governing equations of the plate. The equations of motion and the related boundary conditions are discretized in space domain by employing the DQ method. The discretized equations are transferred from the time domain into the frequency domain to obtain the fundamental natural frequency. Then, the DQ solution is coupled with the TLBO method to find the maximum frequency of the plate and its related optimum stacking sequences of the laminate. Convergence and applicability of the proposed method are shown and the optimum fundamental frequency parameter of the plates with different skew angle, boundary conditions, number of layers and aspect ratio are obtained. The obtained results can be used as a benchmark for further studies.
Ajri, Masoud;Rastgoo, Abbas;Fakhrabadi, Mir Masoud Seyyed
Structural Engineering and Mechanics
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제70권5호
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pp.623-637
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2019
This paper analyzes the non-stationary vibration and super-harmonic resonances in nonlinear dynamic motion of viscoelastic nano-resonators. For this purpose, a new coupled size-dependent model is developed for a plate-shape nano-resonator made of nonlinear viscoelastic material based on modified coupled stress theory. The virtual work induced by viscous forces obtained in the framework of the Leaderman integral for the size-independent and size-dependent stress tensors. With incorporating the size-dependent potential energy, kinetic energy, and an external excitation force work based on Hamilton's principle, the viscous work equation is balanced. The resulting size-dependent viscoelastically coupled equations are solved using the expansion theory, Galerkin method and the fourth-order Runge-Kutta technique. The Hilbert-Huang transform is performed to examine the effects of the viscoelastic parameter and initial excitation values on the nanosystem free vibration. Furthermore, the secondary resonance due to the super-harmonic motions are examined in the form of frequency response, force response, Poincare map, phase portrait and fast Fourier transforms. The results show that the vibration of viscoelastic nanosystem is non-stationary at higher excitation values unlike the elastic ones. In addition, ignoring the small-size effects shifts the secondary resonance, significantly.
Recently, floating cranes are mainly used to erect heavy blocks or cargos for constructing ships in many shipyards. It is important to estimate the dynamic motion of the heavy cargo suspended by a floating crane and the tension of the wire ropes between the floating crane and the heavy cargo. In this paper, the coupled dynamic equations of motion are set up for considering the 6 degree-of-freedom floating crane and the 6-degrees-of-freedom heavy cargo based on multibody system dynamics. Depending on the cargo weight, the motion of the floating crane would be changed to nonlinear state. The nonlinear terms in the equation of motion are considered. In addition, the nonlinear hydrostatic force, the linear hydrodynamic force, wire rope force, mooring force and gravity force are considered as the external forces. As the result of this paper, we analyze the engineering effect for erecting the heavy cargo by using the floating crane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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