In this article, nonlinear free vibration behaviour of functionally graded spherical panel is analysed. A nonlinear mathematical model is developed based on higher order shear deformation theory for shallow shell by taking Green-Lagrange type of nonlinear kinematics. The material properties of functionally graded material are assumed to be varying continuously in transverse direction and evaluated using Voigt micromechanical model in conjunction with power-law distribution. The governing equation of the shell panel is obtained using Hamilton's principle and discretised with the help of nonlinear finite element method. The desired responses are evaluated through a direct iterative method. The present model has been validated by comparing the frequency ratio (nonlinear frequency to linear frequency) with those available published literatures. Finally, the effect of geometrical parameters (curvature ratio, thickness ratio, aspect ratio and support condition), power law indices and amplitude of vibration on the frequency ratios of spherical panel have been discussed through numerical experimentations.
Jin-Soo Kim;Jae-Bong Park;Kwang-Rim Park;Dong-Uk Park;Sung-Wan Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.120-129
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2023
Hanger cable tension is a major response that can determine the integrity and safety of suspension bridges. In general, the vibration method is used to estimate hanger cable tension on operational suspension bridges. It measures natural frequencies from hanger cables and indirectly estimates tension using the geometry conditions of the hanger cables. This study estimated the hanger cable tension of the Palyeong Bridge using a vision-based system. The vision-based system used digital camcorders and tripods considering the convenience and economic efficiency of measurement. Measuring the natural frequencies for high-order modes required for the vibration method is difficult because the hanger cable response measured using the vision-based system is displacement-based. Therefore, this study proposed a back analysis technique for estimating tension using the natural frequencies of low-order modes. Optimization for the back analysis technique was performed by defining the difference between the natural frequencies of hanger cables measured in the field and those calculated using finite element analysis as the objective function. The direct search method that does not require the partial derivatives of the objective function was applied as the optimization method. The reliability and accuracy of the back analysis technique were verified by comparing the tension calculated using the method with that estimated using the vibration method. Tension was accurately estimated using the natural frequencies of low-order modes by applying the back analysis technique.
An artificial neural network (ANN) application is presented for flexural and axial vibration analysis of elastic beams with various support conditions. The first three natural frequencies of beams are obtained using multi layer neural network based back-propagation error learning algorithm. The natural frequencies of beams are calculated for six different boundary conditions via direct solution of governing differential equations of beams and Rayleigh's approximate method. The training of the network has been made using these data only flexural vibration case. The trained neural network, however, had been tested for cantilever beam (C-F), and both end free (F-F) in case the axial vibration, and clamped-clamped (C-C), and Guided-Pinned (G-P) support condition in case the flexural vibrations which were not included in the training set. The results found by using artificial neural network are sufficiently close to the theoretical results. It has been demonstrated that the artificial neural network approach applied in this study is highly successful for the purposes of free vibration analysis of elastic beams.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.11
no.6
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pp.193-199
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2001
Active control of forced vibration of the cantilevered laminated composite plates using collocated piezoceramic sensor/actuator is analyzed numerically and verified experimentally for various fiber orientations. Impact on the stiffness and the damping properties is studied by varying stacking sequence of [$\theta$$_{4}$O$_{2}$90$_{2}$]s for the laminated composite plate. For the forced vibration control, the plate is excited by one pair of collocated PZT exciters in resonance and its vibrational response is suppressed by the other collocated PZT sensor/actuator using direct negative velocity feedback. It is shown that the active control of forced vibration is more effective for the smart laminated plate with higher modal damped stiffness(2ζ$\omega$/aup 2/) .
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.9
s.114
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pp.937-948
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2006
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.793-802
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2006
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 dynamic output-feedback robust control method based on linear matrix inequality (LMI) method is presented for suppressing vibration response of a functionally graded material (FGM) beam with piezoelectric actuator/sensor layers in this paper. Based on the reduced model obtained by using direct mode truncation, the linear fractional state space representation of a piezoelectric FGM beam with material properties varying through the thickness is developed by considering both the inherent uncertainties in constitution material properties as well as material distribution and the model error due to mode truncation. The dynamic output-feedback robust H-infinity control law is implemented to suppress the vibration response of the piezoelectric FGM beam and the LMI method is utilized to convert control problem into convex optimization problem for efficient computation. In numerical studies, the flexural vibration control of a cantilever piezoelectric FGM beam is considered to investigate the accuracy and efficiency of the proposed control method. Compared with the efficient linear quadratic regulator (LQR) widely employed in literatures, the proposed robust control method requires less control voltage applied to the piezoelectric actuator in the case of same control performance for the controlled closed-loop system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.242-247
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2004
In this study was proposed a transient response analysis technique of a rotor system, applying the generalized FE modeling method of a rotor-bearing system considering a base-transferred shock force and together the state-space Newmark method of direct time integration scheme based on the average velocity concept. Experiments were performed to a test rig of a mock-up rotor-bearing system with series of half-sine shock waves imposed by an electromagnetic shaker, and quantitative error analyses between analytical and experimental results were carried out. The transient reponses of the rotor were sensitive to duration times and shape-qualities of the shock waves, and overally the analytical results agreed quite well with the experimental ones. Particularly, in cases that the frequencies, $1/(2{\times}duration\;time)$, of the shock waves were close to the critical speed of the rotor-bearing system, resonances occurred and the transient responses of the rotor were amplified.
Kim, Nam-Sik;Park, Dong-Uk;Park, Yong-Myung;Cheung, Jin-Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.3
s.55
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pp.1-10
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2007
In general, the tension forces of hanger cable in suspension bridges play an important role in evaluating the bridge conditions. The vibration method, as a conventional one, has been widely applied to estimate the tension forces by using the measured frequencies on hanger cables. However, the vibration method is not applicable to short hanger cables because the fiequencies of short cables are severely sensitive to flexural rigidity. Thus, in this study, the tension forces of short hanger cables, of which the length is shorter than 10 meters, were estimated through back analysis of the cable fiequencies measured from Gwang-An suspension bridge in Korea. Direct approach to back analysis is adopted using the univariate method among the direct search methods as an optimization technique. The univariate method is able to search the optimal tension forces without regard to the initial ones and has a rapid convergence rate. To verify the feasibility of back analysis, the results from back analysis and vibration method are compared with the design tension forces. From the comparison, it can be inferred that back analysis results are more reasonable agreement with the design tension forces of short hanger cable. Therefore, it is concluded that back analysis applied in this study is an appropriate tool for estimating tension forces of short hanger cables.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.2
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pp.99-107
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2003
The finite element method(FEM) is the most widely used and powerful method for structural analysis. In general, in order to analyze complex and large structures, we have used the FEM. However, it is necessary to use a large amount of computer memory and computation time for solving accurately by the FEM the dynamic problem of a system with many degree-of-freedom, because the FEM has to deal with very large matrices in this case. Therefore, it was very difficult to analyze the vibration for plate structures with a large number of degrees of freedom by the FEM on a personal computer. For overcoming this disadvantage of the FEM without the loss of the accuracy, the finite element-transfer stiffness coefficient method(FE-TSCM) was developed. The concept of the FE-TSCM is based on the combination of modeling technique in the FEM and the transfer technique in the transfer stiffness coefficient method(TSCM). The merit of the FE-TSCM is to take the advantages of both methods, that is, the convenience of the modeling in the FEM and the computation efficiency of the TSCM. In this paper, the forced vibration analysis algorithm of plate structures is formulated by the FE-TSCM. In order to illustrate the accuracy and the efficiency of the FE-TSCM, results of frequency response analysis for a rectangular plate, which was adopted as a computational model, were compared with those by the modal analysis method and the direct analysis method which are based on the FEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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