The main objective of this paper is to develop an innovative methodology for the vibration suppression control of the multiple degrees-of-freedom (MDOF) flexible structure. The proposed structure represented in this research as a clamped-free-free-free truss type plate is rotated by motors. The controller has two loops for tracking and vibration suppression. In addition to stabilizing the actual system, the proposed feedback control is based on a genetic algorithm (GA) to seek the primary optimal control gain for tracking and stabilization purposes. Moreover, input shaping is introduced for the control scheme that limits motion-induced elastic vibration by shaping the reference command. Experimental results are presented, demonstrating that, in the control loop, roll and yaw angles track control and elastic mode stabilization. It was also demonstrated that combining the input shaper with the proportional-integral-derivative (PID) feedback method has been shown to yield improved performance in controlling the flexible structure system. The broad range of problems discussed in this research is valuable in civil, mechanical, and aerospace engineering for flexible structures with MDOM motion.
Seo Jong-Hwi;Jung Il-Ho;Sugiyama Hiroyuki;Shabana Ahmed A.;Park Tae-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1123-1131
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2005
In this paper, a formulation for a spatial sliding joint, which a general multibody can move along a very flexible cable, is derived using absolute nodal coordinates and non-generalized coordinate. The large deformable motion of a spatial cable is presented using absolute nodal coordinate formulation, which is based on the finite element procedures and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. And the non-generalized coordinate, which is neither related to the inertia forces nor external forces, is used to describe an arbitrary position along the centerline of a very flexible cable. In the constraint equation for the sliding joint, since three constraint equations are imposed and one non-generalized coordinate is introduced, one constraint equation is systematically eliminated. Therefore, there are two independent Lagrange multipliers in the final system equations of motion associated with the sliding joint. The development of this sliding joint is important to analyze many mechanical systems such as pulley systems and pantograph/catenary systems for high speed-trains.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.4
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pp.11-20
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1997
The aseismic capacity of a traditional three-bay-straw-roof wooden house for rock site condition is quantitatively estimated. One 1/4 scale model was tested for the Nahanni Earthquake with peak ground accelerations from 0.1g to 0.6g. The natural frequency of the wooden house in elastic range is 1.66 Hz and 2.15 Hz in longitudinal and transversal direction, respectively. Damping ratio of the house in elastic range is 7%. The horizontal acceleration response of the house is significantly reduced compared with the input motion due to the nonlinear inelastic characteristics of the Sagae-machum joint of the frame. The traditional wooden house has high aseismic capacity in the rock site condition where high frequency contents of motion are predominant.
This contribution presents an extended one-dimensional theory for piezoelectric beam-type structures with non-ideal electrodes. For these types of electrodes the equipotential area condition is not satisfied. The main motivation of our research is originated from passive vibration control: when an elastic structure is covered by several piezoelectric patches that are linked via resistances and inductances, vibrational energy is efficiently dissipated if the electric network is properly designed. Assuming infinitely small piezoelectric patches that are connected by an infinite number of electrical, in particular resistive and inductive elements, one obtains the Telegrapher's equation for the voltage across the piezoelectric transducer. Embedding this outcome into the framework of Bernoulli-Euler, the final equations are coupled to the wave equations for the longitudinal motion of a bar and to the partial differential equations for the lateral motion of the beam. We present results for the wave propagation of a longitudinal bar for several types of electrode properties. The frequency spectra are computed (phase angle, wave number, wave speed), which point out the effect of resistive and inductive electrodes on wave characteristics. Our results show that electrical damping due to the resistivity of the electrodes is different from internal (=strain velocity dependent) or external (=velocity dependent) mechanical damping. Finally, results are presented, when the structure is excited by a harmonic single force, yielding that resistive-inductive electrodes are suitable candidates for passive vibration control that might be of great interest for practical applications in the future.
Kim, Jong-Wook;Park, Choong-Hyo;Lim, Jung-Hoon;Jeong, Seong-Su;Kim, Myong-Ho;Park, Tae-Gone
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.9
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pp.733-738
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2011
A novel design of a simple square-frame USM (ultrasonic motor) was proposed. The stator of the motor consists of a square-frame shape elastic body and four rectangular plate ceramics. The four ceramics were attached to inner surfaces of the square frame elastic body. The same phase voltages were applied to the ceramics on horizontal surfaces, and 90 degree phase difference voltage were applied to the ceramics on vertical surfaces. To find a model that generates elliptical motion at outside of the stator, the finite element analysis program ATILA was used. The analyzed results were compared to the experimental results. As result, the model EL10EH3ET0.5CL4 which generates the maximum elliptical displacement was chosen by analyzing the resonance mode according to changes in frequency.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.11
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pp.176-184
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2000
Recently, it becomes a very important issue to consider the mechanical systems such as high-speed vehicle and railway train moving on a flexible beam structure. Using general approach proposed in the first part of this paper, it tis possible to predict planar motion of constrained mechanical system and elastic structure with various kinds of foundation supporting condition. Combined differential-algebraic equations of motion derived from both multibody dynamics theory and Finite Element Method can be analyzed numerically using generalized coordinate partitioning algorithm. To verify the validity of this approach, results from simply supported elastic beam subjected to a moving load are compared with exact solution from a reference. Finally, parameter study is conducted for a moving vehicle model on a simply supported 3-span bridge.
Balan, Stefan F.;Tiganescu, Alexandru;Apostol, Bogdan F.;Danet, Anton
Earthquakes and Structures
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v.17
no.4
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pp.365-372
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2019
Post-earthquake crisis management is a key capability for a country to be able to recover after a major seismic event. Instrumental seismic data transmitted and processed in a very short time can contribute to better management of the emergency and can give insights on the earthquake's impact on a specific area. Romania is a country with a high seismic hazard, mostly due to the Vrancea intermediate-depth earthquakes. The elastic acceleration response spectrum of a seismic motion provides important information on the level of maximum acceleration the buildings were subjected to. Based on new data analysis and knowledge advancements, the acceleration elastic response spectrum for horizontal ground components recommended by the Romanian seismic codes has been evolving over the last six decades. This study aims to propose a framework for post-earthquake warning based on code spectrum exceedances. A comprehensive background analysis was undertaken using strong motion data from previous earthquakes corroborated with observational damage, to prove the method's applicability. Moreover, a case-study for two densely populated Romanian cities (Focsani and Bucharest) is presented, using data from a $5.5M_W$ earthquake (October 28, 2018) and considering the evolution of the three generations of code-based spectral levels for the two cities. Data recorded in free-field and in buildings were analyzed and has confirmed that no structural damage occurred within the two cities. For future strong seismic events, this tool can provide useful information on the effect of the earthquake on structures in the most exposed areas.
A visualization study to evaluate bubble motion in a tab water filled cylindrical tank with a varying flow rate of compressed air is conducted. The flow rate of compressed air varies from 1 to 5 L/min. Time resolved images are acquired by a high speed camera in 10 bit gray level at 100 fps and the measurement volume is irradiated by a 230 W halogen lamp. It is observed that there are three different regions; the bubble formation region, the rising bubble region and the free surface region. During the rise of bubble, the shape is changed as if an elastic body. Based on the binarized bubble image, the mean diameters of rising bubbles are estimated at beneath of the free surface. As the gas flow rate increases, the mean diameter is increased and the rising velocity also increases with buoyancy force.
Diana, G.;Resta, F.;Zasso, A.;Belloli, M.;Rocchi, D.
Wind and Structures
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v.7
no.1
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pp.41-54
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2004
An analysis refinement of the Messina Strait suspension bridge project has been recently required, concerning mainly the yaw angle effects on the multi-box deck section aerodynamics and the vortex shedding at low reduced velocities $V^*$. In particular the possible interaction of the axial flow with the large cross beams has been investigated. An original test rig has been designed at this purpose allowing for both forced motion and free motion aero elastic tests, varying the average angle of attack ${\alpha}$ and the deck yaw angle ${\beta}$. The hydraulic driven test rig allowed for both dynamic and stationary tests so that both the stationary coefficients and the flutter derivatives have been evaluated for each yaw angle. Specific free motion tests, taking advantage from the aeroelastic features of the section model, allowed also the study of the vortex shedding induced phenomena.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1998.06a
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pp.33-36
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1998
This paper is a study on a linear ultrasonic motor with a first longitudinal$(L_1)$ and fourth bending $(B_4)$ double-mode rectangular plate. The stator vibrator is composed of an elastic material plate and of a piezo-ceramic element having a motion by electrical excitation. Each strain vector differs by $90^{\circ}$ generate travelling wave with the elliptical displacement motion of a point on the surface. To magnify displacement of longitudinal direction in elliptical displacement motion, the motor has a mechanism of the.displacement enlargement. In this paper, the vibration shape of the stator is simulated using the finite element method. A detailed model considered of the piezoelectric effect and of the exact geometry of the stator is used to calculate the displacement. The position of displacement mechanism is decided by the maximum displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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