This paper presents a damage assessment procedure applied to periodic spring mass systems using an eigenvalue sensitivity-based method. The damage is directly related to the stiffness reduction of the damage element. The natural frequencies of periodic structures with one single disorder are found by adopting the transfer matrix approach, consequently, the first order approximation of the natural frequencies with respect to the disordered stiffness in different elements is used to form the sensitivity matrix. The analysis shows that the sensitivity of natural frequencies to damage in different locations depends only on the mode number and the location of damage. The stiffness changes due to damage can be identified by solving a set of underdetermined equations based on the sensitivity matrix. The issues associated with many possible damage locations in large structural systems are addressed, and a means of improving the computational efficiency of damage detection while maintaining the accuracy for large periodic structures with limited available measured natural frequencies, is also introduced in this paper. The incomplete measurements and the effect of random error in terms of measurement noise in the natural frequencies are considered. Numerical results of a periodic spring-mass system of 20 degrees of freedom illustrate that the proposed method is simple and robust in locating single or multiple damages in a large periodic structure with a high computational efficiency.
Critical loads and load-carrying capacities for steel scaffolds used as shoring systems were compared using computational and experimental methods in Part I of this paper. In that paper, a simple 2-D model was established for use in evaluating the structural behavior of scaffold-shoring systems. This 2-D model was derived using an incremental finite element analysis (FEA) of a typical complete scaffold-shoring system. Although the simplified model is only two-dimensional, it predicts the critical loads and failure modes of the complete system. The objective of this paper is to present a closed-form solution to the 2-D model. To simplify the analysis, a simpler model was first established to replace the 2-D model. Then, a closed-form solution for the critical loads and failure modes based on this simplified model were derived using a bifurcation (eigenvalue) approach to the elastic-buckling problem. In this closed-form equation, the critical loads are shown to be function of the number of stories, material properties, and section properties of the scaffolds. The critical loads and failure modes obtained from the analytical (closed-form) solution were compared with the results from the 2-D model. The comparisons show that the critical loads from the analytical solution (simplified model) closely match the results from the more complex model, and that the predicted failure modes are nearly identical.
Finite elements based on isoparametric formulation are known to suffer spurious stiffness properties and corresponding stress oscillations, even when care is taken to ensure that completeness and continuity requirements are enforced. This occurs frequently when the physics of the problem requires multiple strain components to be defined. This kind of error, commonly known as locking, can be circumvented by using reduced integration techniques to evaluate the element stiffness matrices instead of the full integration that is mathematically prescribed. However, the reduced integration technique itself can have a further drawback - rank deficiency, which physically implies that spurious energy modes (e.g., hourglass modes) are introduced because of reduced integration. Such instability in an existing stiffness matrix is generally detected by means of an eigenvalue test. In this paper we show that a knowledge of the dimension of the solution space spanned by the column vectors of the strain-displacement matrix can be used to identify the instabilities arising in an element due to reduced/selective integration techniques a priori, without having to complete the element stiffness matrix formulation and then test for zero eigenvalues.
Stability equations that evaluate the elastic critical axial load of stepped columns under extreme and intermediate concentrated axial loads in any type of construction with sidesway totally inhibited, partially inhibited and uninhibited are derived in a classical manner. These equations can be utilized in the stability analysis of framed structures (totally braced, partially braced, and unbraced) with stepped columns with rigid, semirigid, and simple connetions. The proposed column classification and the corresponding stability equations overcome the limitations of current methods which are based on a classification of braced and unbraced columns. The proposed stability equations include the effects of: 1) semirigid connections; 2) step variation in the column cross section at the point of application of the intermediate axial load; and 3) lateral and rotational restraints at the intermediate connection and at the column ends. The proposed method consists in determining the eigenvalue of a $2{\times}2$ matrix for a braced column at the two ends and of a $3{\times}3$ matrix for a partially braced or unbraced column. The stability analysis can be carried out directly with the help of a pocket calculator. The proposed method is general and can be extended to multi-stepped columns. Various examples are include to demonstrate the effectiveness of the proposed method and to verify that the calculated results are exact. Definite minimum bracing criteria for single stepped columns is also presented.
The stability of the steady Rossby-Haurwitz wave (R-H wave) in the nondivergent barotropic model (NBM) on the sphere was investigated with the normal mode method. The linearized NBM equation with respect to the R-H wave was formulated into the eigenvalue-eigenvector problem consisting of the huge sparse matrix by expanding the variables with the spherical harmonic functions. It was shown that the definite threshold R-H wave amplitude for instability could be obtained by the normal mode method. It was revealed that some unstable modes were stationary, which tend to amplify without the time change of the spatial structure. The maximum growth rate of the most unstable mode turned out to be in almost linear proportion to the R-H wave amplitude. As a whole, the growth rate of the unstable mode was found to increase with the zonal- and total-wavenumber. The most unstable mode turned out to consist of more-than-one zonal wavenumber, and in some cases, the mode exhibited a discontinuity over the local domain of weak or vanishing flow. The normal mode method developed here could be readily extended to the basic state comprised of multiple zonalwavenumber components as far as the same total wavenumber is given.
This paper predicts the changes of natural frequencies due to the changes of mass at different point mass stations by using iterative calculation Transfer Matrices Method for different boundary conditions of a single beam structure (fixed-free and fixed-fixed beam). Firstly, the first three natural frequencies of an original beam are obtained using Transfer Matrices Method to verify the accuracy of the obtained results. The results are then compared with the exact solutions before purposely changing the parameter of mass. Both beams are modeled as discrete continuous systems with six-lumped-mass system. A single beam is broken down into a point mass and a massless beam which represent a single station and expressed in matrix form. The assembled matrices are used to determine the value of natural frequencies using numerical interpolation method corresponding to their mode number by manipulating some elements in the assembled matrix.
This paper is a continuation of the investigations started in the paper by Akbarov, S.D., Guliyev, H.H and Yahnioglu, N. (2016) "Natural vibration of the three-layered solid sphere with middle layer made of FGM: three-dimensional approach", Structural Engineering and Mechanics, 57(2), 239-263, to the case where the three-layered sphere is a hollow one. Three-dimensional exact field equations of elastodynamics are employed for investigation and the discrete-analytical method is employed for solution of the corresponding eigenvalue problem. The FGM is modelled as inhomogeneous for which the modulus of elasticity, Poison's ratio and density vary continuously through the inward radial direction according to power law distribution. Numerical results on the natural frequencies are presented and discussed. These results are also compared with the corresponding ones obtained in the previous paper by the authors. In particular, it is established that for certain harmonics and for roots of certain order, the values of the natural frequency obtained for the hollow sphere can be greater (or less) than those obtained for the solid sphere.
Present paper deals with the large amplitude flexural vibration of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) plates. Distribution of CNTs as reinforcements may be uniform or functionally graded (FG). The equivalent material properties of the composite media are obtained according to a refined rule of mixtures which contains efficiency parameters. To account for the large deformations, von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ type of geometrical nonlinearity is included into the formulation. The matrix representation of the governing equations is obtained according to the Ritz method where the basic shape functions are written in terms of the Chebyshev polynomials. Time dependency of the problem is eliminated by means of the Galerkin method and the resulting nonlinear eigenvalue problem is solved employing a direct displacement control approach. Results are obtained for completely clamped and completely simply supported plates. Results are first validated for the especial cases of FG-CNTRC and cross-ply laminated plates. Afterwards, parametric studies are given for FG-CNTRC plates with different boundary conditions. It is shown that, nonlinear frequencies are highly dependent to the volume fraction and dispersion profiles of CNTs. Furthermore, mode redistribution is observed in both simply supported and clamped FG-CNTRC plates.
Journal of information and communication convergence engineering
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제13권4호
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pp.241-247
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2015
Cognitive radio has been attracting increased attention as an effective approach to improving spectrum efficiency. One component of cognitive radio, spectrum sensing, has an important relationship with the performance of cognitive radio. In this paper, after a summary and analysis of the existing spectrum-sensing algorithms, we report that the existing eigenvalue-based semi-blind detection algorithm and blind detection algorithm have not made full use of the eigenvalues of the received signals. Applying multi-antenna systems to cognitive users, we design a variety of spectrum-sensing algorithms based on the joint distribution of the eigenvalues of the received signal. Simulation results validate that the proposed algorithms in this paper are able to detect whether the signal of the primary user exists or not with high probability of detection in an environment with a low signal-to-noise ratio. Compared with traditional algorithms, the new algorithms have the advantages of high detection performance and strong robustness
통신채널의 인식문제는 현재 이론적 부분과 실제 관점 부분의 문제점을 가지고 있다. 최근에 이 문제를 해결키 위해 제안된 기법들은 안테나 구조와 시간 오버샘플링에 의해 유도된 다이버시티를 이용하고 있다. 이 방법은 선형 제한조건을 가진 적응필터를 이용하고 있다. 본 논문에서는 값 분할에 근거한 기법이 제안되었다. 수신신호 상관행렬의 최소 단일값에 의한 단일벡터는 채널 임펄스 응답을 포함하며 상기 문제를 해결키 위한 적응 알고리즘을 보인다. 제안된 기법은 기존 기법의 성능보다 우수함을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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