Marine structures are often in contact with inner or outer fluid as stern, ballast and oil tanks. The effect of interaction between fluid and structure has to be taken into consideration when we estimate the dynamic response of the structure appropriately. Fatigue damages can also be sometimes observed in these tanks which seem to be caused by resonance. Thin walled tank structures in ships which are in contact with water and located near engine or propeller where vibration characteristics are strongly affected by the added mass of containing water. Therefore it is essentially important to estimate the added mass effect to predict vibration characteristics of tank structures. But it is difficult to estimate exactly the magnitude of the added mass because this is a fluid-structure interaction problem and is affected by the free surface, vibration modes of structural panels and the depth of water. I have developed a numerical tool of vibration analysis of 3-dimensional tank structure using finite elements for plates and boundary elements for fluid region. In the present study, the effect of added mass of containing water, the effect of structural constraint between panels on the vibration characteristics are investigated numerically and discussed. Especially a natural frequencies by the fluid interaction between 2 panels and a breath mode of the water tank are focused on.
In order to analyze accurately the vibration of a structure by using the finite element method (FEM), we have to model a analytical structure as a numerical model with many degrees-of-freedom. However, in this case, the FEM needs much computation time and storage. The authors developed the finite element-transfer stiffness coefficient method (FE-TSCM) for overcoming the drawback of the FEM. In this paper, the authors apply the FE-TSCM to the in-plane vibration analysis of general plates with various shapes. Two numerical examples, a rectangular plate and a triangular plate, are used to compare the results of the FE-TSCM and the FEM. Through the numerical calculation, we confirm that the FE-TSCM can be applied to the in-plane free or forced vibration analysis of the general plates with various shapes and is effective to in-plane vibration analysis of general plates.
Kim, Man-Soo;Jung, Hyun-Mo;Kim, Ghi-Seok;Park, Chung-Gil
Korean Journal of Agricultural Science
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v.30
no.2
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pp.175-183
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2003
Fruit and vegetables are subjected to complex dynamic stresses in the transportation environment. During a long journey from the production area to markets, there is always some degree of vibration present. Vibration inputs are transmitted from the vehicle through the packaging to the fruit. Inside, these cause sustained bouncing of fruits against each other and container wall. These steady state vibration input may cause serious fruit injury, and this damage is particularly severe whenever the fruit inside the package is free to bounce, and is vibrated at its resonance frequency. The determination of the resonance frequencies of the fruit and vegetables may help the packaging designer to determine the proper packaging system providing adequate protection for the fruit, and to understand the complex interaction between the components of fruit when they relate to expected transportation vibration inputs. Instrumentation and technologies are described for determining the vibration response characteristics of the fruits with frequency range 3 to 150 Hz. The computer program for controlling the vibration exciter and the function generator and for measuring the vibration response characteristics of the fruits was developed. The resonance frequency of the pear ranged from 64.5 to 72.2 Hz and the amplitude at resonance was between 1.78 and 2.21 G-rms. The resonance frequency and amplitude at resonance decreased with the increase of the sample mass, and they were slightly affected by mechanical properties such as bioyield deformation and rupture deformation. Regression analysis was performed among the relatively high correlated parameters from the results of correlation coefficient analysis.
In the present investigation, the nonlinear dynamic buckling of a curved plate subjected to sinusoidal loading is examined. By the theoretical analyses, a highly nonlinear snap-through motion of a clamped-free-clamped-free plate and its effect on the overall vibration response are investigated. The problem is reduced to that of a single degree of freedom system with the Rayleigh-Ritz procedure. The resulting nonlinear governing equation is solved using Runge-Kutta (RK-4) numerical integration method. The snap-through boundaries, which vary with different damping coefficient and linear circular frequency of the flat plate are studied and given in terms of force and displacement. The relationships between static and dynamic responses at the start of a snap-through motion are also predicted. The analysis brings out various characteristic features of the phenomenon, i.e. 1) small oscillation about the buckled position-softening spring type motion, 2) chaotic motion of intermittent snap-through, and 3) large oscillation of continuous snap-through motion crossing the two buckled positions-hardening spring type. The responses of buckled plate were found to be greatly affected by the snap-through motion. Therefore, better understanding of the snap-through motion is needed to predict the full dynamic response of a curved plate.
Transient response analysis can be conducted either in the time domain, or via the frequency domain. Sometimes a frequency domain method (FDM) has advantages over a time domain method. A practical issue in the FDM is to find out an appropriate extended period, which may be affected by several factors, such as the excitation duration, the system damping, the artificial damping, the period of interest, etc. In this report, the extended period of the FDM based on the Duhamel's integral is investigated. This Duhamel's integral based FDM does not involve the unit impulse response function (UIRF) beyond the period of interest. Due to this fact, the ever-lasting UIRF can be simply set as zero beyond the period of interest to shorten the extended period. As a result, the preferred extended period is the summation of the period of interest and the excitation duration. This conclusion is validated by numerical examples. If the extended period is too short, then the front portion of the period of interest is more prone to errors than the rear portion, but the free vibration segment is free of the wraparound error.
In this work, the bending and free vibration analysis of multilayered plates and shells is presented by utilizing a new higher order shear deformation theory (HSDT). The proposed involves only four unknowns, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and without requiring the shear correction coefficient. Unlike the conventional HSDTs, the present one presents a novel displacement field which incorporates undetermined integral variables. The equations of motion are derived by using the Hamilton's principle. These equations are then solved via Navier-type, closed form solutions. Bending and vibration results are found for cylindrical and spherical shells and plates for simply supported boundary conditions. Bending and vibration problems are treated as individual cases. Panels are subjected to sinusoidal, distributed and point loads. Results are presented for thick to thin as well as shallow and deep shells. The computed results are compared with the exact 3D elasticity theory and with several other conventional HSDTs. The proposed HSDT is found to be precise compared to other several existing ones for investigating the static and dynamic response of isotropic and multilayered composite shell and plate structures.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.5
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pp.41-49
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2005
This paper discusses the test procedure, instrumentation, verification methodology and the results of the ground vibration test(GVT) performed on the KF-16D aircraft to estimate experimentally dynamic characteristics of the aircraft. The modal tests for 7 external store configurations were conducted to estimate effects of external stores on the aircraft vibration modes. To emulate free-free boundary conditions the test aircraft was mounted on its landing gear structure with deflated tires during the GVT. The airframe modal tests were done by burst random excitations with 6 to 8 shakers and about 200 accelerometers. Frequency response functions(FRFs) were measured for each test, and the FRFs were reduced and analyzed to identify the dynamic parameters interested. The analyses were carried out in two steps. To extract modal parameters such as, frequencies and damping ratios, the poly-reference least square complex exponential method was used in the time domain. The mode shape coefficients were estimated with the least squares frequency domain method to identify the vibration modes.
Although the underlying mechanism of rain-wind induced vibrations (RWIVs) of stay cables has not been fully understood, some countermeasures have been successfully applied to mitigating this kind of vibration. Among these, installing dampers near the bridge deck was widely adopted, and several field observations have shown its effectiveness. In this study, the effectiveness of dampers to RWIVs of stay cables is numerically investigated comprehensively by means of finite difference method (FDM). Based on the free vibration analysis of a taut string, it is found that the 3-points triangle scheme, which can be easily implemented in FDM, can offer an excellent approximation of the concentrated damping coefficient (expressed as a Dirac delta function) at the location where the damper is installed. Then, free vibration analysis of a 3-D continuous stay cable attached with two dampers is carried out to study the relationship of modal damping ratio and damping coefficient of the dampers. The effects of orientation of the dampers and cable sag on the modal damping ratio are investigated in detail. Finally, the RWIV response of a 3-D continuous stay cable attached with two dampers is examined. The results indicate that 0.5% of damping ratio is sufficient to reduce the RWIV vibration of the Cable A20 on the No.2 Nanjing Bridge over Yangtze River.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.441-447
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2002
KSR-III(Korea Sounding Rocket - III), which is being developed by Space Technology R&D Division of KARI(Korea Aerospace Research Institute) will be launched in late 2002. It is a three-stage, liquid propellant rocket which can reach 250 km altitude and will carry out observation of ozone layer and scientific experiments, such as microgravity experiment, and atmospheric measurement. KSR-III is believed to be an intermediate to the launch vehicle capable of carrying a satellite to its orbit. Space Test Department of KARI performed GVT(Ground Vibration Test) fer KSR-III EM at Rocket Test Building of KARI. GVT is very important for predicting the behavior of rocket in its operation, developing flight control program and performing aerodynamic analysis. This paper gives an introduction of rocket GVT configuration and information on test procedures, techniques and results of It. In this test. to simulate free-free condition, test object hung in the air laterally by 4 bungee cords specially devised. For the excitation of test object, pure random signal by two electromagnetic shakers was used and total 22 frequency response functions were achieved. Polyreference parameter estimation was performed to identify the modal parameters with MIMO(Multi-Input-Multi-Output) method. As the result of the test, low frequency mode shapes and modal parameters below 60Hz were identified
In this paper, a method of finite element analysis is presented for efficient calculation of vibration characteristics of not only simply interconnected structure with cyclic symmetry but also multiply interconnected structure with cyclic symmetry by using discrete Fourier trandform by means of a computer with small memory in a short time. Simply interconnected structure means it is composed of substructures which are adjacent themselves in circumferential direction. First, a mathematical model of multiply interconnected structure with cyclic symmetry is defined. The multiply interconnected structure is partitioned into substructures with the same goemetric configuration and constraint eqauations to be satisfied on connecting boundaries are defined. Nodal displacements and forces are transformed into complex forms through discrete Fourier transform and then finite element analysis is performed for just only a representative substructure. In free vibration analysis, natural frequencies of a whole structure can be obtained through a series of calculation for a substructure along the number of nodal diameter. And in forced vibration analysis, forced response of whole structure can be achieved by using inverse discrete Fourier transform of results which come from analysis for a substructure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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