Negative stiffness dampers (NSDs) have been proven an efficient solution to vibration control of stay cables. Although previous studies usually assumed a linear negative stiffness behavior of NSDs, many negative stiffness devices produce negative stiffness with nonlinear behavior. This paper systematically evaluates the impact of nonlinearity in negative stiffness on vibration control performance for stay cables. A linearization method based on energy equivalent principle is proposed, and subsequently, the impact of two types of nonlinear stiffness, namely, displacement hardening and softening stiffness, is evaluated. Through the Hilbert transform (HT) of free vibration responses, the effects of nonlinear stiffness of an NSD on the modal frequencies, damping ratios and frequency response functions of a stay cable is also investigated. The HT analysis results validate the accuracy of the linearization method.
The critical speeds and mode shapes are most important to determine the behaviors of rotor in designing rotating machinery. As the capacity and span of turbine-generator increases, the turbine-generator system is composed of many components such as bearings, pedestal, turbine and hood and so on. Also, it is getting flexible and has many critical speeds. Especially, as the characteristics of bearing-pedestal are very complicated, they affect the entire vibration characteristics of turbine-generator system. In this paper, it is observed how to determine the equivalent dynamic stiffness of bearing-pedestal by analytical and experimental method.
The critical speeds and mode shapes are most important to determine the behaviors of rotor in designing rotating machinery. As the capacity and the span of turbine-generator increases, the turbine-generator system has many components such as bearings, pedestal, turbine and baseplates etc. and it is getting flexible and has many critical speeds. Especially, the characteristics of bearing-pedestal are very complicated and then they affect the entire vibration characteristics of turbine-generator system. In this paper, it is observed how to determine the equivalent dynamic stiffness of bearing-pedestal by analytic and experimental method.
This research presents a structural design of high-level waste (HLW) container using ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) material. The proposed design aims to overcome the drawbacks of the existing concrete containers which are heavy, difficult to fabricate, and expensive. In this study, the dry storage container (DSC) that commonly used at Canadian Nuclear facilities is selected to present the proposed design. The design has been performed such that the new UHP-FRC alternative has a structural stiffness equivalent to the existing steel-concrete-steel container under various loading scenarios. Size optimization technique is used with the aim of maximizing stiffness, and minimizing the cost while satisfying both the design stresses and construction requirements. Then, the integrity of the new design has been evaluated against accidental drop-impact events based on realistic drop scenarios. The optimization results showed: the stiffness of the UHP-FRC container (300 mm wall thick) is being in the range of 1.35-1.75 times the stiffness of existing DSC (550 mm wall thick). The use of UHP-FRC leads to decrease the container weight by more than 60%. The UHP-FRC container showed a significant enhancement in performance in comparison to the existing DSC design under considered accidental drop impact scenarios.
본 연구는 2.5MW급 풍력발전기용 기어박스의 동특성 분석에 관한 것으로서, 유연핀(flexible pin) 채용에 따른 유성기어축의 미스얼라인먼트(misalignment) 개선여부와 충격하중에 따른 기어박스의 동응답 특성을 유한요소해석을 통해 고찰하였다. 내부의 복잡한 기어시스템의 하중전달을 정확하게 그리고 효과적으로 반영하기 위해 치접촉을 등가 치강성계수를 갖는 스프링요소와 물림률을 이용하여 모델링하였다. 기어의 등가 치강성계수는 기어치에 대한 변형해석을 통해 계산하였으며, 동특성 분석을 위해 기어박스 입력단에 충격 토오크를 부과하였다. 수치실험을 통해 등가 치강성모델의 타당성을 검증하였으며, 양단 그리고 일단 고정축과의 상대 비교를 통해 유연핀 적용에 따른 유성기어축의 미스얼라인먼트 개선여부를 확인할 수 있었다.
In this study, an impact model and impact response analysis method was suggested for the impacts between arbitrary shaped bodies. Unlike the impacts between geometrically simple structures, there is no rules to analyze the impacts between general elastic structures First of all, it has been attempted to explain the impoot between arbitrary elastic structures as the elastic deformation of a virtual contact spring in the vicinity of contact points. The contact stiffness and the exponent are determined from the Hertz's contact theory and F. E. analysis. In order to evaluate the validities and limitations of the proposed methods, an impact tester and the miniature of container, missile and isolators have been provided and tested experimentally. All the experiments were performed with various impact conditions. The results obtained by the proposed methods were directly compared with the measured values in terms of maximum contract force, contact duration, the shape of contact force and the structure responses. The computed contact force and responses, using this proposed methods, were very close to the measured results, unless any plastic deformations were presented.
Yielding dampers exhibit varying cyclic behavior based on their geometry. These dampers not only increase the energy dissipation of the structure but also increase the strength and stiffness of the structure. In this study, parametric investigations were carried out to explore the impact of angled U-shape damper (AUSD) dimensions on its cyclic behavior. Initially, the numerical model was calibrated using the experimental specimen. Subsequently, analytical equations were presented to calculate the yield strength and elastic stiffness, which agreed with the experimental results. The outcomes of the parametric studies encompassed ultimate strength, effective stiffness, energy dissipation, and equivalent viscous damper ratio (EVDR). These output parameters were compared with similar dampers. Also, the magnitude of the effect of damper dimensions on the results was investigated. The results of parametric studies showed that the yield strength is independent of the damper width. The length and thickness of the damper have the greatest effect on the elastic stiffness. Reducing length and width resulted in increased energy dissipation, effective stiffness, and ultimate strength. Damper width had a more significant effect on EVDR than its length. On average, every 5 mm increase in damper thickness resulted in a 3.6 times increase in energy dissipation, 3 times the effective stiffness, and 3 times the ultimate strength of the model. Every 15 mm reduction in damper width and length increased energy dissipation by 14% and 24%, respectively.
This paper describes the formulation and application of a dynamic model for a conventional rail track subjected to arbitary loading functions that simulate wheel/rail impact forces. The rail track is idealized as a periodic elastically coupled beam system resting on a Winkler foundation. Modal parameters of the track structure are first obtained from the natural vibration characteristics of the beam system, which is discretized into a periodic assembly of a specially-constructed track element and a single beam element characterized by their exact dynamic stiffness matrices. An equivalent frequency-dependent spring coefficient representing the resilient, flexural and inertial characteristics of the rail support components is introduced to reduce the degrees of freedom of the track element. The forced vibration equations of motion of the track subjected to a series of loading functions are then formulated by using beam bending theories and are reduced to second order ordinary differential equations through the use of mode summation with non-proportional modal damping. Numerical examples for the dynamic responses of a typical track are presented, and the solutions resulting from different rail/tie beam theories are compared.
The purpose of this study is to evaluate the dynamic behavior of highway bridge due to moving vehicle load, considering the effect of laminated rubber bearing. Dynamic behaviors of bridge considering the effect of bearings are studied with 3-dimensional bridge and vehicle models. To analyze the effect of bearings on the dynamic behaviors of superstructures of bridges, laminated rubber bearing is modeled as 3-dimensional frame element with equivalent stiffness and damping, and the models are included in the bridge analysis model. The results from the analytical models with laminated rubber bearing show a significant effects on dynamic responses and more complex vibration characteristics compared with the results from the bridge with pot bearings. Generally, larger dynamic amplification factors are obtained in the case of laminated rubber bearing, which is mainly due to the smaller torsional stiffness of the bridge with laminated rubber bearing. It can be recommended that were careful consideration on the vibration of bridges and dynamic load allowance in design are needed when adopting laminated rubber bearing.
In engineering design, the axial equivalent elastic modulus of laminated FRP pipe was mostly calculated by the average elastic modulus method or the classical laminated plate theory method, which are based on relatively simplified assumptions, and may be not accurate enough sometimes. A new analytical calculation method for the axial equivalent elastic modulus of laminated FRP pipe was established based on three-dimensional stress state. By comparing the results calculated by this method with those by the above two traditional analytical methods and the finite element method, it is found that this method for the axial equivalent elastic modulus fits well not only for thin-walled pipes with orthotropic layers, but also for thick-walled pipes with arbitrary layers. Besides, the influence of the layer stacking on the axial equivalent elastic modulus was studied with this method. It is found that a proper content of circumferential layer is beneficial for improving the axial equivalent elastic modulus of the laminated FRP pipe with oblique layers, and then can reduce its material quantity under the premise that its axial stiffness remains unchanged. Finally, the meso-mechanical mechanism of this effect was analyzed. The improving effect of circumferential layer on the axial equivalent elastic modulus of the laminated FRP pipe with oblique layers is mainly because that, the circumferential fibers can restrain the rigid body rotations of the oblique fibers, which tend to cause the significant deformations of the pipe wall units and the relatively low axial equivalent elastic modulus of the pipe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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