The small turbocharger for the automotive application is designed to operate up to 200,000 rpm to increase system efficiency. Because of high rotation speed of turbocharger, floating ring bearing are widely adopted due to its low friction loss and high rotordynamic stability. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a semi-floating ring bearing. The rotordynamic model for the turbocharger rotor was constructed based on the finite element method and fluid film forces were calculated based on the infinitely short bearing assumption. In linear analysis, we considered fluid film force as stiffness and damping element and in nonlinear analysis, the fluid film force was calculated by solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed theoretical model by comparing to modal test results of test rotors. The analysis results show that there are two unstable modes, which are conical and cylindrical modes. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis, frequency jump phenomenon demonstrated when vibration mode is changed from conical mode to cylindrical one. This jump phenomenon was also demonstrated in the test. However, the natural frequency measured in the test differs from those obtained using nonlinear analysis.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.16
no.6
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pp.40-50
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2002
In this paper, we present a GA(Genetic Algorithm) approach to select weighting matrices of an optimal LQ(Linear Quadratic) controller for SVC(Static VAR Compensator). A SVC, one of the FACTS(Flexible AC Transmission System), constructed by a FC(Fixed Capacitor) and a TCR(Thyristor Controlled Reactor), was designed and implemented to improve the damping of a synchronous generator, as well as to control the system voltage Also, a design of LQ controller depends on choosing weighting matrices. The selection of weighting matrices which is not a trivial solution is usually carried out by trial and error. We proposed an efficient method using GA of finding weighting matrices for optimal control law. Thus, we proved the usefulness of proposed method to improve the stability of single machine-infinite bus with SVC system by eigenvalues analysis and simulation.
In order to suppress the wind-induced vibrations of the Canton Tower, a pair of active mass driver (AMD) systems has been installed on the top of the main structure. The structural principal directions in which the bending modes of the structure are uncoupled are proposed and verified based on the orthogonal projection approach. For the vibration control design in the principal X direction, the simplified model of the structure is developed based on the finite element model and modified according to the field measurements under wind excitations. The AMD system driven by permanent magnet synchronous linear motors are adopted. The dynamical models of the AMD subsystems are determined according to the open-loop test results by using nonlinear least square fitting method. The continuous variable gain feedback (VGF) control strategy is adopted to make the AMD system adaptive to the variation in the intensity of wind excitations. Finally, the field tests of free vibration control are carried out. The field test results of AMD control show that the damping ratio of the first vibration mode increases up to 11 times of the original value without control.
In the present study, a methodology for developing fragilities of arch concrete dams to assess their performance against seismic hazards is introduced. Firstly, the probability risk and fragility curves are presented, followed by implementation and representation of the way this method is used. Amirkabir arch concrete dam was subjected to non-linear dynamic analyses. A modified three dimensional rotating smeared crack model was used to take the nonlinear behavior of mass concrete into account. The proposed model considers major characteristics of mass concrete. These characteristics are pre-softening behavior, softening initiation criteria, fracture energy conservation, suitable damping mechanism and strain rate effect. In the present analysis, complete fluid-structure interaction is included to account for appropriate fluid compressibility and absorptive reservoir boundary conditions. In this study, the Amirkabir arch concrete dam is subjected to a set of 8 three-component earthquakes each scaled to 10 increasing intensity levels. Using proposed nonlinear smeared crack model, nonlinear analysis is performed where the structure is subjected to a large set of scaled and un-scaled ground motions and the maximum responses are extracted for each one and plotted. Based on the results, fragility curves were plotted according to various and possible damages indexes. Discrete damage probabilities were calculated using statistical methods for each considered performance level and incremental nonlinear analysis. Then, fragility curves were constructed based on the lognormal distribution assumption. Two damage indexes were introduced and compared to one another. The results indicate that the dam has a proper stability under earthquake conditions at MCE level. Moreover, displacement damages index is more conservative and impractical in the fragility analysis than tensional damage index.
One of the most effective countermeasures for mitigating cable vibration is to install mechanical dampers near the anchorage of the cable. Most of the dampers used in the field are so-called passive dampers where their parameters cannot be changed once designed. The parameters of passive dampers are usually determined based on the optimal damper force obtained from the universal design curve for linear dampers, which will provide a maximum additional damping for the cable. As the optimal damper force is chosen based on a predetermined principal vibration mode, passive dampers will be most effective if cable undergoes single-mode vibration where the vibration mode is the same as the principal mode used in the design. However, in the actual engineering practice, multi-mode vibrations are often observed for cables. Therefore, it is desirable to have dampers that can suppress different modes of cable vibrations simultaneously. In this paper, MR dampers are proposed for controlling multi-mode cable vibrations, because of its ability to change parameters and its adaptability of active control without inquiring large power resources. Although the highly nonlinear feature of the MR material leads to a relatively complex representation of its mathematical model, effective control strategies can still be derived for suppressing multi-mode cable vibrations based on nonlinear modelling, as proposed in this paper. Firstly, the nonlinear Bouc-wen model is employed to accurately portray the salient characteristics of the MR damper. Then, the desired optimal damper force is determined from the universal design curve of friction dampers. Finally, the input voltage (current) of MR damper corresponding to the desired optimal damper force is calculated from the nonlinear Bouc-wen model of the damper using a piecewise linear interpolation scheme. Numerical simulations are carried out to validate the effectiveness of the proposed control algorithm for mitigating multi-mode cable vibrations induced by different external excitations.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.25-37
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2008
The capacity spectrum method (CSM) is a simple and graphical seismic analysis procedure. Originally, it has been developed for buildings, but now its applicability has been extended to bridge structures. It is based on the capacity curve estimated by pushover analysis and demand spectrum reduced from linear elastic design spectrum by using effective damping or strength reduction factor. In this paper, the inelastic demand spectrum as the reduced demand spectrum is calculated from the linear elastic design spectrum by using the several formulas for the strength reduction factor. The effects of the strength reduction factor for the capacity spectrum analysis are evaluated for 3 types of symmetric and asymmetric bridge structures. To investigate an accuracy of the CSM which several formulas for strength reduction factor were applied, the maximum displacements estimated by the CSM are compared with the results obtained by nonlinear time history analysis for 8 artificially generated earthquakes. The maximum displacements estimated by the CSM using the SJ formula among the several strength reduction factors provide the most accurate agreement with those calculated by the inelastic time history analysis.
Noh, Jung-Tae;Woo, Sung-Sik;Lee, Sang-Hyun;Chung, Lan
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.10a
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pp.855-863
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2009
In this study, a beam-column junction type damper is proposed which saves the inner and outer space for the installation of damping devices and allows easy adjustment of control performance The result of the numerical analysis indicated that the displacement response and base shear of a single degree of freedom system by seismic load, El Centro 1940 was reduced with yield moment of the joint hinge and the specific yield moment ratio $\delta$ of the joint hinge existed for the optimal seismic performance. In addition, the dynamic nonlinear characteristics, effects of yielding and dependence of natural period of bi-linear system with the junction type damper is identified. The analysis of multi-degree of freedom system showed that responses of the controlled structures was reduced significantly as the number of a story increases and yield moment ratio decreases when the system is excited by seismic load and sine wave. On top of that, it was also observed that energy dissipation at the joint connected with the dampers was remarkable during excitation.
Sullivan, Timothy J.;Calvi, Paolo M.;Nascimbene, Roberto
Earthquakes and Structures
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v.4
no.1
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pp.109-132
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2013
Current codes incorporate simplified methods for the prediction of acceleration demands on secondary structural and non-structural elements at different levels of a building. While the use of simple analysis methods should be advocated, damage to both secondary structural and non-structural elements in recent earthquakes have highlighted the need for improved design procedures for such elements. In order to take a step towards the formation of accurate but simplified methods of predicting floor spectra, this work examines the floor spectra on elastic and inelastic single-degree of freedom systems subject to accelerograms of varying seismic intensity. After identifying the factors that appear to affect the shape and intensity of acceleration demands on secondary structural and non-structural elements, a new series of calibrated equations are proposed to predict floor spectra on single degree of freedom supporting structures. The approach uses concepts of dynamics and inelasticity to define the shape and intensity of the floor spectra at different levels of damping. The results of non-linear time-history analyses of a series of single-degree of freedom supporting structures indicate that the new methodology is very promising. Future research will aim to extend the methodology to multi-degree of freedom supporting structures and run additional verification studies.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.5
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pp.29-36
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2012
3-D linear acoustic analysis has been performed to elucidate damping characteristics of large Helmholtz acoustic cavities in FASTRAC thrust chamber. Acoustic impedance concept has been introduced to quantify combustion stabilization capacity. For a given acoustic cavity, sonic velocity in the cavity to achieve an optimal tuning has been determined and satisfactory agreement with the previous results has been obtained. Feasible estimation of sonic velocity in the acoustic cavity has been devised. Results show similar trends without significant deviations, which can be used in the procedure of design and verification of acoustic cavity. From the satisfactory results, investigation of other thrust chambers with acoustic cavities which have shown combustion instabilities will be done as future works.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics T
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v.36T
no.1
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pp.71-78
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1999
This paper presents a new type of energy generative ER suspension system which does not require external power sources. This is accomplished by converting vibration energy(kinetic energy) into electrical energy. In order to undertake this, an appropriate size of the ER damper is manufactured by incorporation a mechanism which changes the linear motion of the ER damper to the rotary motion. This rotary motion is amplified by gears and activates a generator to produce the electrical energy. The efficiency of energy generation is evaluated and the level of damping force with generated power is also investigated. Then, the ER suspension system is applied to the quarter car model, and its vibration isolation is experimentally evaluated with respect to the piston speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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