This paper is intended to show the robustness and capabilities of a coupled boundary element-finite element technique for the analysis of vibrations generated by high-speed trains under different geometrical, mechanical and operation conditions. The approach has been developed by the authors and some results have already been presented. Nevertheless, a more comprehensive study is presented in this paper to show the relevance and robustness of the method which is able to predict vibrations due to train passage at the vehicle, the track, the free-field and any structure close to the track. Local soil discontinuities, underground constructions such as underpasses, and coupling with nearby structures that break the uniformity of the geometry along the track line can be represented by the model. Non-linear behaviour of the structures can be also considered. Results concerning the excitation mechanisms, track behaviour and sub-Rayleigh and super-Rayleigh train speed are summarized in this work.
In this study, 2-mm Al/Cu bimetallic laminates were produced using asymmetric roll bonding (RB) process. The asymmetric RB process was carried out with thickness reduction ratios of 10%, 20% and 30% and mismatch rolling speeds 1:1, 1:1.1 and 1:1.2, separately. For various experimental conditions, finite element simulation was used to model the deformation of bimetallic Al/Cu laminates. Specific attention was focused on the bonding strength and bonding quality of the interface between Al and Cu layers in the simulation and experiment. The optimization of mismatch rolling speed ratios was obtained for the improvement of the bond strength of bimetallic laminates during the asymmetric RB process. During the finite element simulation, the plastic strain of samples was found to reach the maximum value with a high quality bond for the samples produced with mismatch rolling speed 1:1.2. Moreover, the peeling surfaces of samples around the interface of laminates after the peeling test were studied to investigate the bonding quality by scanning electron microscopy.
Recently, metal molding has become essential not only for automobile parts, but also mass production, and has greatly influenced production costs as well as the quality of products. Its surface has been treated by carburizing, nitriding and induction hardening, but these existing treatments cause considerable deformation and increase the expense of postprocessing after treatment; furthermore, these treatments cannot be easily applied to parts that requiring the hardening of only a certain section. This is because the treatment cannot heat the material homogeneously, nor can it heat all of it. Laser surface treatment was developed to overcome these disadvantages, and, when the laser beam is irradiated on the surface and laser speed is appropriate, the laser focal position is rapidly heated and the thermal energy of surface penetrates the material after irradiation, finally imbuing it with a new mechanical characteristic by the process of self-quenching. This research estimates the material characteristic after efficient and functional surface treatment using HPDL, which is more efficient than the existing CW Nd:YAG laser heat source.
A simplified calculation method of natural vibration characteristics of high-speed railway multi-span bridge-longitudinal ballastless track system is proposed. The rail, track slab, base slab, main beam, bearing, pier, cap and pile foundation are taken into account, and the multi-span longitudinal ballastless track-beam-bearing-pier-cap-pile foundation integrated model (MBTIM) is established. The energy equation of each component of the MBTIM based on Timoshenko beam theory is constructed. Using the improved Fourier series, and the Rayleigh-Ritz method and Hamilton principle are combined to obtain the extremum of the total energy function. The simplified calculation formula of the natural vibration frequency of the MBTIM under the influence of vertical and longitudinal vibration is derived and verified by numerical methods. The influence law of the natural vibration frequency of the MBTIM is analyzed considering and not considering the participation of each component of the MBTIM, the damage of the track interlayer component and the stiffness change of each layer component. The results show that the error between the calculation results of the formula and the numerical method in this paper is less than 3%, which verifies the correctness of the method in this paper. The high-order frequency of the MBTIM is significantly affected considering the track, bridge pier, pile soil and pile cap, while considering the influence of pile cap on the low-order and high-order frequency of the MBTIM is large. The influence of component damage such as void beneath slab, mortar debonding and fastener failure on each order frequency of the MBTIM is basically the same, and the influence of component damage less than 10m on the first fourteen order frequency of the MBTIM is small. The bending stiffness of track slab and rail has no obvious influence on the natural frequency of the MBTIM, and the bending stiffness of main beam has influence on the natural frequency of the MBTIM. The bending stiffness of pier and base slab only has obvious influence on the high-order frequency of the MBTIM. The natural vibration characteristics of the MBTIM play an important guiding role in the safety analysis of high-speed train running, the damage detection of track-bridge structure and the seismic design of railway bridge.
Wang, Kai;Cao, Wuxiong;Su, Zhongqing;Wang, Pengxiang;Zhang, Xiongjie;Chen, Lijun;Guan, Ruiqi;Lu, Ye
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.227-239
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2020
Despite proven effectiveness and accuracy in laboratories, the existing damage assessment based on guided ultrasonic waves (GUWs) or acoustic emission (AE) confronts challenges when extended to real-world structural health monitoring (SHM) for railway tracks. Central to the concerns are the extremely complex signal appearance due to highly dispersive and multimodal wave features, restriction on transducer installations, and severe contaminations of ambient noise. It remains a critical yet unsolved problem along with recent attempts to implement SHM in bourgeoning high-speed railway (HSR). By leveraging authors' continued endeavours, an SHM framework, based on actively generated diffuse ultrasonic waves (DUWs) and a benchmark-free condition contrast algorithm, has been developed and deployed via an all-in-one SHM system. Miniaturized lead zirconate titanate (PZT) wafers are utilized to generate and acquire DUWs in long-range railway tracks. Fatigue cracks in the tracks show unique contact behaviours under different conditions of external loads and further disturb DUW propagation. By contrast DUW propagation traits, fatigue cracks in railway tracks can be characterised quantitatively and the holistic health status of the tracks can be evaluated in a real-time manner. Compared with GUW- or AE-based methods, the DUW-driven inspection philosophy exhibits immunity to ambient noise and measurement uncertainty, less dependence on baseline signals, use of significantly reduced number of transducers, and high robustness in atrocious engineering conditions. Conformance tests are performed on HSR tracks, in which the evolution of fatigue damage is monitored continuously and quantitatively, demonstrating effectiveness, adaptability, reliability and robustness of DUW-driven SHM towards HSR applications.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.5
s.122
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pp.415-426
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2007
In a link motion punch press, numerous links are interconnected and each link executes a constrained motion at high speed. As a consequence, dynamic unbalance force and moment are transmitted to the main frame of the press, which results in unwanted vibration. This degrades productivity and precise stamping work of the press. This paper presents an effective method for reducing dynamic unbalance in a link motion punch press based upon kinematic and dynamic analyses. Firstly, the kinematic analysis is carried out in order to understand the fundamental characteristics of the link motion mechanism. Then design variable approach is presented in order to automate the model setup for the mechanism whenever design changes are necessary. To obtain the inertia properties of the links such as mass, mass moment of inertia, and the center of mass, 3-dimensional CAD software was utilized. Dynamic simulations were carried out for various combinations of design changes on some links having significant influences on kinematic and dynamic behavior of the mechanism.
Sandwich elements have high flexural rigidity and high strength per density. They also have excellent anti-vibration and anti-noise characteristics. Therefore, they are used for structures of airplanes and high speed ships that must be light, as well as strong. In this paper, the Reissner-Mindlin's plate theory is studied from a Hamilton's principle point of view. This theory is modified to include the influence of shear deformation and rotary inertia, and the equation of motion is derived using energy relationships. The theory is applied to a rectangular sandwich model which has isotropic, asymmetrical faces and an isotropic core. Investigations are conducted for five different plate thicknesses. These plates are identical to the sandwich plates currently used in various structural elements of surface effect ships (SES). The boundary conditions are set to simple supports and fixed supports. The elastic and shear moduli are obtained from the four-point bending tests on the sandwich beams.
Alanis, Arturo;Franco, Jesus Alejandro;Piedra, Saul;Jauregui, Juan Carlos
Wind and Structures
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v.32
no.1
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pp.47-53
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2021
This paper proposes a novel diffuser design for Diffuser Augmented Wind Turbines (DAWT) based on the blunt trailing edge airfoil AF300. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are carried out to measure the performance of the AF300 diffuser against diffusers made with the shape of other high performance low wind speed airfoils. The results show that the proposed diffuser produces a greater air mass flow increase through the plane of the turbine than the other diffusers and it can be used to increase the performance of a horizontal axis wind turbine.
In this study, the seismic performance levels of four bridges are determined using finite element modeling based on ambient vibration testing. The study includes finite element modeling, analytical modal analyses, ambient vibration testing and earthquake analyses of the bridges. For the purpose, four prestressed precast I beam bridges that were constructed for the Ankara-Sivas high speed railway line are selected for analytical and experimental studies. In the study, firstly a literature review related to the dynamic behavior of bridges especially precast beam bridges is given and then the formulation part related to ambient vibration testing and structural performance according to Turkish Seismic Code (2007) is presented. Next, 3D finite element models of the bridge are described and modeled using LARSA 4D software, and analytical dynamic characteristics are obtained. Then ambient vibration testing conducted on the bridges under natural excitations and experimental natural frequencies are estimated. Lastly, time history analyses of the bridges under the 1999 Kocaeli, 1992 Erzincan, and 1999 Duzce Earthquakes are performed and seismic performance levels according to TSC2007 are determined. The results show that the damage on the bridges is all under the minimum damage limit which is in the minimum damage region under all three earthquakes.
There are many plain concrete arch bridges in Iran that have been used as railway bridges for more than seventy years. Owe to the fact that these bridges have not been designed seismically, and even may be loaded under high-speed trains, evaluation of fundamental frequencies of the bridges against earthquake and high-speed train vibrations is necessary for considering dynamics effects. To evaluate complex behavior of these bridges, results of field tests are useful. Since it is not possible to perform field tests for all arch bridges, these structures should be simulated correctly by computers for structural assessment. Several parameters are employed to describe the bridges, such as number of spans, length of spans, geometrical and material properties. In this study, results of field tests are used for modal analysis and adapted for 64 three dimensional finite element models with various physical parameters. Computer simulations show length of spans has important effect on fundamental frequencies of plain concrete arch bridge and modal deformations of bridges is in longitudinal and transverse directions. Also, these results demonstrate that fundamental frequencies of bridges decrease after increasing span length and number of spans. Plus, some relations based in the number of spans (n) and span length (l) are proposed for calculation of fundamental frequencies of plain concrete arch bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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