It is important to reduce the vibration and noise of submarines and ships. For the purpose of noise reduction, various researches are actively being conducted on the employment of complex structures. However, in the case of numerical analysis for complex structures with damping materials, substantial errors can be generated by the absence of an exact damping model. Thus experimental model analysis is necessary for the verification of a numerical analysis for complex structures. In this research, vibration experiments are conducted in order to ascertain the vibration properties of cantilever beam attached damping materials. First, an initial value is obtained by using a direct linear method. Next, based on this initial value, the exact modal parameters of the cantilever beam are obtained by using the Newton-Raphson method.
In a lightly damped cantilever beam, most of the vibration energy is found around natural frequencies. Based on this, a phase delay control for suppressing vibration of the beam is proposed in this paper. This controller is designed to behave like a velocity feedback controller at the frequencies of modes to be controlled. Also, this controller is designed in consideration with uncontrolled modes for robust stability and improving of the sensitivity function of the control system. This phase delay control is applied to vibration suppression of a cantilever beam with a pair of a piezoelectric actuator and a piezoelectric sensor. Experimental results showed that the phase delay control functions efficiently.
In this paper, the optimal command input is considered in order to minimize the residual vibrations of a flexible cantilever beam when the beam simply changes its position by translation or rotation. Although a cantilever beam has many modes of vibration, it is shown that the consideration of the first mode is sufficient in this case. Thus, the problem becomes a single-degree-of-freedom system subjected to a ground excitation. Two simple methods are proposed to find the optimal command input based on the shock response spectrum (SRS). The first method is the simplest and can be applied to lightly damped cases, and the second method is applicable to more general problems. The second method gives almost the same results as the input shaping method. However the proposed method gives a easier and clearer control strategy.
This paper describes the time rate of change of dynamic response of a cantilever beam inserted with a damping element, such as bonding, which is excited under a general force at various locations. A sensitivity analysis was performed in a finite element model to show that two types of second-order algebraic governing equations were used to predict the rate of change of dynamic displacement: one is related to the modal coordinate linked to a physical coordinate, and the other to the design parameter of the time rate of change of displacement. The sensitivity differential equation formulation includes more complicated terms compared with that of the undamped cantilever beam. The sensitivities of the dynamic response were observed by changing the location of the excitation force, displacement extraction, and cross-sectional area of the beam. The analytical results obtained by this suggested theory showed a relatively good agreement when compared with those obtained using the commercial finite element program. The suggested analysis procedure enables the prediction of the response sensitivity for any finite element model of the dynamic system.
In this paper, the optimal command input is considered in order to minimize the residual vibrations of a flexible cantilever beam when the beam simply changes its position by translation or rotation. Although a cantilever beam has many modes of vibration, it is shown that the consideration of the first mode is sufficient in this case. Thus, the problem becomes a singledegree-of-freedom system subjected to a ground excitation. Two simple methods are proposed to find the optimal command input based on the Shock Response Spectrum (SRS). The first method is the simplest and can be applied to lightly damped cases, and the second method is applicable to more general problems. The second method gives almost the same results as the input shaping method. However the proposed method gives a easier and clearer control strategy.
The problem considered in this paper is that the tip position of a flexible cantilever beam is controlled to follow a command signal, using a pair of piezoelectric actuators at the clamped end. The beam is lightly damped and so the natural transient response is rather long, and also since the sensor and actuator are not collocated, the plant response is non-minimum phase. Two control strategies were investigated. The first involved conventional PID control in which the feedback gains were adjusted to give the fastest closed-loop response to a step input. The second control strategy was based on an internal model control (IMC) architecture. The control filter in the IMC controller was a digital FIR device designed to minimize the expectation of the mean square tracking error. The IMC controller designed fur the beam was found to have very much reduced settling times to a step input compared with those of the PID controller.
The frequency response functions and loss factors, $\eta$, of structurally hollowed, rectangular, metal cantilever beams have been measured in bending vibrations within low strain amplitudes. The beams were heat treated or fined with aluminum to vary the material conditions. The measured frequency response functions at the end of the cantilevered beam were processed to calculate the structural damping ratios. The results showed that the modal frequencies and damping ratios of heat treated beam are increased due to the increase of beam rigidity with the predictions of the classical beam theory. When the beams are fined with aluminum, however, the frequencies are decreased due to the increase of mass, while the damping ratios are increased. As the agreement between measurement and classical theory is good, the performance of a beam with heat treated or fined with dissimilar material can be duplicated, for industrial and most practical purposes, by the theory developed for an internally damped homogeneous beam.
안정성 지도(stability map)을 이용하여 부분 종동력(sub-tangentailly follower force)를 받는 외팔 기둥의 동적안정성 이론을 요약한다. Rayleigh 감쇠를 가정하여 내적 및 외적 감쇠효과를 2개의 감쇠비를 통하여 반영하고, 감쇠비 변화에 따른 플러터하중의 변화와 관련된 매개변수 연구를 수행한다. 또한, 종동력을 받는 외팔기둥에 대한 진동수 방정식의 엄밀해를 유도하고, 특정 감쇠비 범위에 대한 안정성 지도를 유한요소 해석결과와 함께 비교/분석한다.
In this paper, vibration and flow-induced flutter instability analysis of cantilever multiwall carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam is investigated. Non-classical effects of transverse shear and rotary inertia are incorporated in this study. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extend Galerkin method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin method. Cantilevered carbon nanotubes are damped with decaying amplitude for flow velocity below a certain critical value, however, beyond this critical flow velocity, flutter instability may occur. Variations of critical flow velocity with both radius ratio and length of carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
In this paper, vibration and flow-induced flutter instability analysis of cantilever multi-wall carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam is investigated. Non-classical effects of transverse shear and rotary inertia and van der Waals forces between two walls are incorporated in this study. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extend Galerkin method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin method. Cantilevered carbon nanotubes are damped with decaying amplitude for flow velocity below a certain critical value, however, beyond this critical flow velocity, flutter instability may occur. Variations of critical flow velocity with both radius ratio and length of carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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