Modal analysis method (MAM) is introduced for the fully coupled structural dynamic problems. In this paper, the beam with active constrained layered damping (ACLD) treatment is considered as a representative problem. The ACLD beam consists of a viscoelastic layer that is sandwiched between the base beam structure and an active piezoelectric layer. The exact damped natural modes are spectrally formulated from a set of fully coupled dynamic equations of motion. The orthogonality property of the exact damped natural modes is then derived in a closed form to complete the modal analysis method. The accuracy of the present MAM is evaluated through some illustrative examples: the dynamic characteristics obtained by the present MAM are compared with the results by spectral element method (SEM) and finite element method (FEM). It is numerically proved that MAM solutions become identical to the accurate SEM solutions as the number of exact natural used in MAM is increased.
In this paper, we propose a new method for taking into account uncertainties based on the projection on polynomial chaos. The new approach is used to determine the dynamic response of a spur gear system with uncertainty associated to gear system parameters and this uncertainty must be considered in the analysis of the dynamic behavior of this system. The simulation results are obtained by the polynomial chaos approach for dynamic analysis under uncertainty. The proposed method is an efficient probabilistic tool for uncertainty propagation. It was found to be an interesting alternative to the parametric studies. The polynomial chaos results are compared with Monte Carlo simulations.
A semi-analytical numerical approach for the effective structural dynamic response analysis of spar floating substructure for offshore wind turbine subject to wave-induced excitation is introduced in this paper. The wave-induced rigid body motions at the center of mass are analytically solved using the dynamic equations of rigid ship motion. After that, the flexible structural dynamic responses of spar floating substructure for offshore wind turbine are numerically analyzed by letting the analytically derived rigid body motions be the external dynamic loading. Restricted to one-dimensional sinusoidal wave excitation at sea state 3, pitch and heave motions are considered. Through the numerical experiments, the time responses of heave and pitch motions are solved and the wave-induced dynamic displacement and effective stress of flexible floating substructure are investigated. The hydrodynamic interaction between wave and structure is modeled by means of added mass and wave damping, and its modeling accuracy is verified from the comparison of natural frequencies obtained by experiment with a 1/100 scale model.
In this paper, we address vehicle modeling and dynamic analysis of four wheel steering systems (4WS). 4WS is one of the devices used for the improvement of vehicle maneuverability and stability. All research done here is based on a production vehicle from a manufacturer. To study actual system response, a three dimensional, full vehicle model was created. In past research of this type, simple, two dimensional, bicycle vehicle models were typically used. First, we modelled and performed a dynamic analysis on a conventional two wheel steering(2WS) vehicle. The modeling and analysis for this model and subsequent 4WS vehicles were performed using ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) software. After the original vehicle model was verified with actual experiment results, the rear steering mechanism for the 4WS vehicle was modelled and the rear suspension was changed to McPherson-type forming a four wheel independent suspension system. Three different 4WS systems were analyzed. The first system applied a mechanical linkage between the front and rear steering mechanisms. The second and third systems used, simple control logic based on the speed and yaw rate of the vehicle. 4WS vehicle proved dynamic results through double lane change test.
Zai, Behzad Ahmed;Park, M.K.;Lim, Seung-Chul;Lee, Joong-Won;Sindhu, Rashid Ali
한국전산구조공학회:학술대회논문집
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한국전산구조공학회 2008년도 정기 학술대회
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pp.397-401
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2008
Knowledge of dynamic characteristics of structural elements often can make difference between success and failure in the design of structure due to resonance effect. In this paper an analytical model of a cantilever beam having midpoint load is considered for structural optimization. This involves creating the geometry which allows parametric study of all design variables. For that purpose optimization of cantilever beam is elaborated in order to find the optimum geometry which minimizes its volume eventually for minimum weight using ANSYS. But such geometry could be obtained by different combinations of width and height, so that it may have the same cross sectional area yet different dynamic behavior. So for optimum safe design, besides minimum volume it should have minimum vibration as well. In order to predict vibration different dynamic analyses are performed simultaneously to solve the eigenvalues problem assuming no damping initially through MATLAB simulations using state space form for modal analysis, which identifies the resonant frequencies and mode shapes belonging to the lowest three modes of vibration. And next by introducing damping effects tip displacement, bending stress and the vertical reaction force at the fixed end is evaluated under some dynamic load of varying frequency, and finally it is discussed how resonance can be avoided for particular design. Investigation of results clearly shows that only structural analysis is not enough to predict the optimum values of dimension for safe design. Potentially this technique will meet maintenance and cost goals of many organizations particularly for the application where dynamic loading is invertible and helps a lot ensuring that the proposed design will be safe for both static and dynamic conditions.
A mathematical model and dynamic characteristics ova continuously variable damper for semi-active suspen- sion systems are investigated. After analyzing the geometry of a typical continuously variable damper, mathematical models fur individual components including piston, orifices, spring, and valves are first derived and then the flow equations for extension and compression strokes are investigated. To verify the developed mathematical model, the dynamic response of the model are simulated using MATLAB/SIMULINK and are compared with experimental results. The proposed model can be used not only for mechanical components design but also for control system design.
Finite element method(FEM) is one of the most popularly used method analyzing the dynamic behaviors of structures. But unless number of finite elements is large enough, the results from FEM some what different from exact analytical solutions, especially at high frequency range. On the other hand, as the spectral analysis method(SAM) deals directly with the governing equations of a structure, the results from this melthod cannot but be exact regardless of any frequency range. However, the SAM can be applied only to the case where a structure is subjected to the concentrated loads, despite a structure could be unddergone distributed loads more generally. In this paper, therefore, new spectral analysis algorithm is introduced through the spectral element method(SEM), so that it can be applied to anlystructures whether they are subjected to the concentrated loads or to the distributed loads. The results from this new SEM are compared with both the results from FEM and the exact analytical solutions. As expected, the results from new SEM algorithm are found to be almost identical to the exact analytical solutions while those from FEM are not agreed well with the exact analytical solutions as the mode number increases.
Jovanovic, Miomir L.J.;Radoicic, Goran N.;Stojanovic, Vladimir S.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권5호
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pp.553-562
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2019
This paper presents the results of a study into the dynamic behaviour of a support structure of a mobile elevating work platform. The vibrations of the mechanical system of the observed structure are examined analytically, numerically, and experimentally. Within the analytical examination, a simple mathematical model is developed to describe free and forced vibrations. The dynamic analysis of the mechanical system is conducted using a discrete dynamic model with a reduced number of vibrational degrees of freedom. On the basis of the expression for the system energy, and by applying Lagrange's equations of the second kind, differential equations are derived for system vibrations, frequencies are determined, and the laws of forced platform vibration are established. At the same time, a nonlinear FEM model is developed and the laws of free and forced vibration are determined. The experimental and numerical part of the study deal with the examination of the real structure in extreme conditions, taking into account: the lowest eigenfrequency, forced actions that could endanger the general stability, the maximal amplitudes, and the acceleration of the work platform. The obtained analytical and numerical results are compared with the experiments. The experimental verification points to the adverse behaviour of the platform in excitation cases - swaying. In such a situation, even a relatively small physical force can lead to unacceptably high amplitudes of displacement and acceleration - exceeding the usual work values.
The analysis of actuating forces (or torques) and joint reaction forces (or moments) are essential to determine the capacity of actuators, to control the system and to design the components. This paper presents an inverse dynamic analysis algorithm for flexible multibody systems with closed-loops in the relative joint coordinate space. The joint reaction forces are analyzed in Cartesian coordinate space using the inverse velocity transformation technique. The joint coordinates and the deformation modal coordinates are used as the generalized coordinates of a flexible multibody system. The algorithm is verified through the analysis of a slider-crank mechanism.
The purpose of this study is to develop the simplified model of the crankshaft in the large marine engine for dynamic analysis. Because the actual engine system is under complex dynamic loading condition and it has multi-cylinder, the dynamic analysis is purchased at a high computation cost. In spite of this burden, the dynamic analysis must be perfonned to assure structural integrity of operating marine engine. Therefore, simplification of the analytic model is necessary for dynamic analysis. Beam-mass model, which is generated with the section property method, is the model simplified effectively. Section property method can provide desired section information by optimization technique. By applying beam-mass model to the crankshaft in the large marine engine, the usefulness of the proposed method was proven.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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