International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.1024-1040
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2014
The theoretical background and a numerical solution procedure for a time domain hydroelastic code are presented in this paper. The code combines a VOF-based free surface flow solver with a flexible body motion solver where the body linear elastic deformation is described by a modal superposition of dry mode shapes expressed in a local floating frame of reference. These mode shapes can be obtained from any finite element code. The floating frame undergoes a pseudo rigid-body motion which allows for a large rigid body translation and rotation and fully preserves the coupling with the local structural deformation. The formulation relies on the ability of the flow solver to provide the total fluid action on the body including e.g. the viscous forces, hydrostatic and hydrodynamic forces, slamming forces and the fluid damping. A numerical simulation of a flexible barge is provided and compared to experiments to show that the VOF-based flow solver has this ability and the code has the potential to predict the global hydroelastic responses accurately.
The load deformation behavior of the cap-pile-soil system is investigated, based on numerical analysis. Special attention is given to consideration of pile cap flexibility. Rigid pile cap analysis and flexible cap analysis were conducted for comparison. A numerical method that takes into account the coupling between the rigidities of the piles, the cap, and the column has been introduced to analyze the response of pile group supported columns. The prediction of the lateral loads and bending moments in the pile cap is much more conservative for a flexible cap than for a rigid cap.
The wind-resistant performance of bridges is generally evaluated based on the strip assumption. For the arch rib of arch bridges, the situation is different due to the curve axis and the variable cross-sectional size. In the construction stage, the arch rib supported by a cable system exhibits flexible dynamic characteristics, and the wind-resistant performance attracts specially attention. To evaluate the wind-induced vibration of an arch rib with the maximum cantilever state, the finite element model was established to compute the structural dynamic characteristics. Then, a three-dimensional (3D) fluid-solid coupling analysis method was realized. After verifying the reliability of the method based on a square column, the wind-induced vibration of the arch rib was computed. The vortex-induced vibration (VIV) performance of the arch rib was focused and the flow field characteristics were discussed to explain the VIV phenomenon. The results show that the arch rib with the maximum cantilever state had the possibility of VIV at high wind speeds but the galloping was not observed. The lock-in wind speeds were larger than the results based on the strip assumption. Due to the vibration of arch rib, the frequency of shedding vortices along the arch axis trended to be uniform.
In this study, the propagation characteristics and the fabrication tolerance of an optical wire in a flexible optical PCB were analyzed by using a ray-tracing method. It is found from the analysis that the sidewall angle of a core should be controlled within $1^{\circ}$ in order to maintain the propagation loss to less than -1 dB/mm, and that the bending radius of the optical wire should be larger than 5 mm in order to suppress the bending loss below -1 dB. In addition, it is confirmed that the lateral misalignment of ${\pm}15\;{\mu}m$, and the angular tilting of VCSEL of $6^{\circ}$ are allowable for the coupling loss of -1 dB.
This paper presents and compares three feedback control strategies for active control of noise inside a 3-D vibro-acoustic cavity. These are a) control strategy based on direct output feedback (DOFB) b) control strategy based on linear quadratic regulator (LQR) to reduce structural vibrations and c) LQR control strategy with a weighting scheme based on structural-acoustic coupling coefficients. The first two strategies are indirect control strategies in which noise reduction is achieved through active vibration control (AVC), termed as AVC-DOFB and AVC-LQR respectively. The third direct strategy is based on active structural-acoustic control (ASAC). This strategy is an LQR based optimal control strategy in which the coupling between the various structural and the acoustic modes is used to design the controller. The strategy is termed as ASAC-LQR. A numerical model of a 3-D rectangular box cavity with a flexible plate (glued with piezoelectric patches) and with other five surfaces treated rigid is developed using finite element (FE) method. A single pair of collocated piezoelectric patches is used for sensing the vibrations and applying control forces on the structure. A comparison of frequency response function (FRF) of structural nodal acceleration, acoustic nodal pressure, and piezoelectric actuation voltage is carried out. It is found that the AVC-DOFB control strategy gives equal importance to all the modes. The AVC-LQR control strategy tries to consume the control effort to damp all the structural modes. It is seen that the ASAC-LQR control strategy utilizes the control effort more intelligently by adding higher damping to those structural modes that matter more for reducing the interior noise.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.771-780
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2010
This paper describes the design process of a six-component force/torque (F/T) sensor. The new six-component F/T sensor having leaf spring ends has been developed using a cross beam structure as the basic sensing element. Fundamental strain analysis of both ends fixed beam having a leaf spring structure is performed by finite element analysis. In order to obtain similar output sensing strains from the six component loads and minimize coupling strains, the optimal location of strain gages is determined and the strain gages are connected so that the bridge circuits with four strain gages would be balanced. Using leaf spring ends instead of rigid fixed ends, remarkable increment in output sensing strain can be achieved for two component forces. Several modifications in design result in a similar sensing strain of approximately $400\;{\mu}m/m$ for the six-component forces and moments, and a reduced coupling strain of $0\;{\mu}m/m$ between the forces and moments.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.26
no.1
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pp.30-38
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2015
In this paper, the design of a compact triple-mode bandpass filter using a high-Q cylindrical dielectric resonator is proposed. In detail, the triple $TE_{01{\delta}}$ modes along three orthogonal axes are used and novel coupling structure in the metallic enclosure is adopted to introduce the coupling between the resonant modes. Due to the cross coupling, the proposed bandpass filter has an asymmetric frequency response with flexible three transmission zeros, one of which can be located very close to the passband edge to provide an extremely sharp skirt characteristic with low insertion loss. The proposed filter is about 60 % miniaturized compared with conventional single-mode dielectric resonator filter. The proposed bandpass filter design is validated by the circuit and 3D EM simulations and measurements compared to the target specifications.
The stability problem of steady motion of a rigid body with multi-elastic appendages and multi-liquid-filled cavities, in the presence of no external forces or torque, is considered in this paper. The flexible appendages are modeled as the clamped -free-free-free rectangular plates, or/and as the discrete mass- spring sub-system. The motion of liquid in every single ellipsoidal cavity is modeled as the uniform vortex motion with a finite number of degrees of freedom. Assuming that stationary holonomic constraints imposed on the body allow its rotation about a spatially fixed axis, the equation of motion for such a systematic configuration can be very complex. It consists of a set of ordinary differential equations for the motion of the rigid body, the uniform rotation of the contained liquids, the motion of discrete elastic parts, and a set of partial differential equations for the elastic appendages supplemented by appropriate initial and boundary conditions. In addition, for such a hybrid system, under suitable assumptions, their equations of motion have four types of first integrals, i.e., energy and area, Helmholtz' constancy of liquid - vortexes, and the constant of the Poisson equation of motion. Chetaev's effective method for constructing Liapunov functions in the form of a set of first integrals of the equations of the perturbed motion is employed to investigate the sufficient stability conditions of steady motions of the complete system in the sense of Liapunov, i.e., with respect to the variables determining the motion of the solid body and to some quantities which define integrally the motion of flexible appendages. These sufficient conditions take into account the vortexes of the contained liquids, the vibration of the flexible components, and coupling among the liquid-elasticity solid.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.5
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pp.1033-1042
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1994
Dynamic behavior of flexible rectangular liquid containers is analyzed by a two-dimensional coupled boundary element-finite element method. The irrotational motion of inviscid and incompressible ideal fluid is modeled by boundary elements and the motion of structure by finite elements. A singularity free integral formulation is employed for the implementation of boundary element method. Coupling is performed by using compatibility and equilibrium conditions along the interface between the fluid and structure. The fluid-structure interaction effects are reflected into the coupled equation of motion as added fluid mass matrix and sloshing stiffness matrix. By solving the eigen-problem for the coupled equation of motion, natural frequencies and mode shapes of coupled system are obtained. The free surface sloshing motion and hydrodynamic pressure developed in a flexible rectangular container due to horizontal and vertical ground motions are computed in time domain.
Ghasemi, Ahmad Reza;Jahanshir, Arezu;Tarighat, Mohammad Hassan
Wind and Structures
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v.18
no.2
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pp.103-116
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2014
Aeroelasticity is the main source of instability in structures which are subjected to aerodynamic forces. One of the major reasons of instability is the coupling of bending and torsional vibration of the flexible bodies, which is known as flutter. The presented investigation aims to study the aeroelastic stability of composite blades of wind turbine. Geometry, layup, and loading of the turbine blades made of laminated composites were calculated and evaluated. To study the flutter phenomenon of the blades, two numerical and analytical methods were selected. The finite element method (FEM), and JAR-23 standard were used to perform the numerical studies. In the analytical method, two degree freedom flutter and Lagrange's equations were employed to study the flutter phenomena analytically and estimate the flutter speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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