According to the structure characteristics of the non-uniform beam bridge, a practical model for calculating the vibration equation of the non-uniform beam bridge is given and the application scope of the model includes not only the beam bridge structure but also the non-uniform beam with added masses and elastic supports. Based on the Bernoulli-Euler beam theory, extending the application of the modal perturbation method and establishment of a semi-analytical method for solving the vibration equation of the non-uniform beam with added masses and elastic supports based is able to be made. In the modal subspace of the uniform beam with the elastic supports, the variable coefficient differential equation that describes the dynamic behavior of the non-uniform beam is converted to nonlinear algebraic equations. Extending the application of the modal perturbation method is suitable for solving the vibration equation of the simply supported and continuous non-uniform beam with its arbitrary added masses and elastic supports. The examples, that are analyzed, demonstrate the high precision and fast convergence speed of the method. Further study of the timesaving method for the dynamic characteristics of symmetrical beam and the symmetry of mode shape should be developed. Eventually, the effects of elastic supports and added masses on dynamic characteristics of the three-span non-uniform beam bridge are reported.
A mixed eight-node hexahedral element formulated via the Hu-Washizu principle as well as the field extrapolation technique is presented. The mixed element with only three translational degrees of freedom at each node can provide extremely accurate and reliable performance for popular benchmark problems such as spacial beams, plates, shells as well as general three-dimensional elasticity problems. Numerical calculations also show that when extremely skewed and coarse meshes and nearly incompressible materials are used, the proposed mixed element can still possess excellent behaviour. The mixed formulation starts with introduction of a parallelepiped domain associated with the given general eight-node hexahedral element. Then, the assumed strain field at the nodal level is constructed via the Hu-Washizu variational principle for that associated parallelepiped domain. Finally, the assumed strain field at the nodal level of the given hexahedral element is established by using the field extrapolation technique, and then by using the trilinear shape functions the assumed strain field of the whole element domain is obtained. All matrices involved in establishing the element stiffness matrix can be evaluated analytically and expressed explicitly; however, a 24 by 24 matrix has to be inverted to construct the displacement extrapolation matrix. The proposed hexahedral element satisfies the patch test as long as the element with a shape of parallelepiped.
In this study, machining characteristics of AIN-hBN composites were evaluated in end-milling process. As a first step, AIN-hBN composite specimens with various hBN contents were prepared using hot press method. Material properties of the composites, such as relative density, Young's modulus and fracture toughness, were measured and compared. Then, a series of end-milling experinients were performed under various cutting conditions by changing cutting speed, depth-of-cut and feed rate. Cutting force variations were measured using a tool dynamometer during the cutting experiments. Machined surfaces of the specimens were observed using SEM and a surface pro filer to investigate the surface integrity changes. The cutting force decreased with an increases of hBN content. The cutting process was almost impossible for monolithic AIN, owing to severe chipping. In contrast, at high content of hBN, surface damage and chipping decreased, and better surface roughness can be obtained.
In the present work, the optimization of machining parameters to achieve the desired technological parameters such as surface roughness, tool radial vibration and material removal rate have been carried out using response surface methodology (RSM). The hard turning of EN19 alloy steel with coated carbide (GC3015) cutting tools was studied. The main problem faced in manufacturer of hard and high precision components is the selection of optimum combination of cutting parameters for achieving required quality of surface finish with maximum production rate. This problem can be solved by development of mathematical model and execution of experiments by RSM. A face centred central composite design (FCCD), which comes under the RSM approach, with cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) was used for statistical analysis. A second-order regression model were developed to correlate the cutting parameters with surface roughness, tool vibration and material removal rate. Consequently, numerical and graphical optimization were performed to obtain the most appropriate cutting parameters to produce the lowest surface roughness with minimal tool vibration and maximum material removal rate using desirability function approach. Finally, confirmation experiments were performed to verify the pertinence of the developed mathematical models.
Shantou Bay Bridge is the first long-span suspension bridge in China. Because of its location near the Shantou Seaport and its exposure to high typhoon winds, wind-resistant studies are necessary to be made. In this paper, critical flutter wind speeds and buffeting responses of this bridge at its operation and main construction stages are investigated. The Buffeting Response Spectrum method is first briefly presented. Then the sectional model test is carried out to directly obtain the critical flutter wind speed and to identify the flutter derivatives, which are adopted for the later analysis of the buffeting responses using the Buffeting Response Spectrum method. Finally the aeroelastic full bridge model is tested to further investigate the dynamic effects of the bridge. The results from the tests and the computations indicate that the flutter and buffeting behaviors of the Shantou Bay Bridge are satisfied.
Estimations of wind flow over terrain are often needed for applications such as pollutant dispersion, transport safety or wind farm location. Whilst field studies offer very detailed information regarding the wind potential over a small region, the cost of instrumenting a natural fetch alone is prohibitive. Wind tunnels offer one alternative although wind tunnel simulations can suffer from scale effects and high costs as well. Computational Fluid Dynamics (CFD) offers a second alternative which is increasingly seen as a viable one by wind engineers. There are two issues associated with CFD however, that of accuracy of the predictions and set-up and simulation times. This paper aims to address the two issues by demonstrating, by way of an investigation of wind potential for the Askervein Hill, that a good level of accuracy can be obtained with CFD (10% for the speed up ratio) and that it is possible to automate the simulations in order to compute a full wind rose efficiently. The paper shows how a combination of script and session files can be written to drive and automate CFD simulations based on commercial software. It proposes a general methodology for the automation of CFD applied to the computation of wind flow over a region of interest.
For the past three decades a significant amount of research has been conducted on bridge flutter. Wind tunnel tests for a 2000 m class twin-box suspension bridge have revealed that a twin-box deck carrying 4 m tall 50% open area ratio wind screens at the deck edges achieved higher critical wind speeds for onset of flutter than a similar deck without wind screens. A result at odds with the well-known behavior for the mono-box deck. The wind tunnel tests also revealed that the critical flutter wind speed increased if the bridge deck assumed a nose-up twist relative to horizontal when exposed to high wind speeds - a phenomenon termed the "nose-up" effect. Static wind tunnel tests of this twin-box cross section revealed a positive moment coefficient at 0° angle of attack as well as a positive moment slope, ensuring that the elastically supported deck would always meet the mean wind flow at ever increasing mean angles of attack for increasing wind speeds. The aerodynamic action of the wind screens on the twin-box bridge girder is believed to create the observed nose-up aerodynamic moment at 0° angle of attack. The present paper reviews the findings of the wind tunnel tests with a view to gain physical insight into the "nose-up" effect and to establish a theoretical model based on numerical simulations allowing flutter predictions for the twin-box bridge girder.
Motor core products are used as materials for electrical steel sheets and cold-rolled steel sheets according to the performance of motors. The cemented carbide material of the mold punch applied to the motor core material causes many troubles due to abrasion and burr problem. The selection of these materials has a great effect on the production life, mass production, product quality as well as mold life. The cemented carbide applied to the products of the motor core is recognized as a very important part. In this study, cold rolled steel sheet was applied to motor core SCP-1 steel 1.0mm, and The effects of abrasion and punching oil on the shear process were investigated for the selection of cemented carbide. Experiments were conducted to select and apply cemented carbide only for the motor core punch optimized for cold rolled steel. The results showed that the cemented carbide material of $CDK3^{***}$ produced the least wear and burrs.
This research focuses on finite element model updating and damage assessment of structures at element level based on global nondestructive test results. For this purpose, an optimization system is generated to minimize the structural dynamic parameters discrepancies between numerical and experimental models. Objective functions are selected based on the square of Euclidean norm error of vibration frequencies and modal assurance criterion of mode shapes. In order to update the finite element model and detect local damages within the structural members, modern optimization techniques is implemented according to the evolutionary algorithms to meet the global optimized solution. Using a simulated numerical example, application of genetic algorithm (GA), particle swarm (PSO) and artificial bee colony (ABC) algorithms are investigated in FE model updating and damage detection problems to consider their accuracy and convergence characteristics. Then, a hybrid multi stage optimization method is presented merging advantages of PSO and ABC methods in finding damage location and extent. The efficiency of the methods have been examined using two simulated numerical examples, a laboratory dynamic test and a high-rise building field ambient vibration test results. The implemented evolutionary updating methods show successful results in accuracy and speed considering the incomplete and noisy experimental measured data.
Sundaresan, Aakhash;Arunvinthan, S.;Pasha, A.A.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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제32권3호
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pp.205-217
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2021
Cold regions with high air density and wind speed attract wind energy producers across the globe exhibiting its potential for wind exploitation. However, exposure of wind turbine blades to such cold conditions bring about devastating impacts like aerodynamic degradation, production loss and blade failures etc. A series of wind tunnel tests were performed to investigate the effect of icing on the aerodynamic properties of wind turbine blades. A baseline clean wing configuration along with four different ice accretion geometries were considered in this study. Aerodynamic force coefficients were obtained from the surface pressure measurements made over the test model using MPS4264 Simultaneous pressure scanner. 3D printed Ice templates featuring different ice geometries based on Icing Research Tunnel data is utilized. Aerodynamic characteristics of both the clean wing configuration and Ice accreted geometries were analysed over a wide range of angles of attack (α) ranging from 0° to 24° with an increment of 3° for three different Reynolds number in the order of 105. Results show a decrease in aerodynamic characteristics of the iced aerofoil when compared against the baseline clean wing configuration. The key flow field features such as point of separation, reattachment and formation of Laminar Separation Bubble (LSB) for different icing geometries and its influence on the aerodynamic characteristics are addressed. Additionally, attempts were made to understand the influence of Reynolds number on the iced-aerofoil aerodynamics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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