The purpose of this study is to investigate the influence of moving mass on the vibration characteristics and the dynamic response of the simply supported beam. The three types of the moving mass(moving load, unsprung mass, and sprung mass) are applied to the vehicle-bridge interaction analysis. The numerical analyses are then conducted to evaluate the effect of the mass, spring and damper properties of the moving mass on natural frequencies and dynamic responses of the simply supported beam. Particularly, in the case of the sprung mass, variations of the natural frequency of simply supported beam are explored depending on the position of the moving mass and the frequency ratio of the moving mass and the beam. Finally the parametric studies on the resonance phenomena are performed with changing mass, spring and damper parameters through the dynamic interaction analyses.
In this paper, the purpose is to investigate the stability and variation of natural frequency of a cracked cantilever beams subjected to follower force and tip mass. In addition, an analysis of the flutter instability(flutter critical follower force) of a cracked cantilever beam as slenderness ratio and crack severity is investigated. The governing differential equations of a Timoshenko beam subjected to an end tangential follower force is derived via Hamilton's principle. The two coupled governing differential equations are reduced to one fourth order ordinary differential equation in terms of the flexural displacement. Finally, the influence of the slenderness ratio and crack severity on the critical follower force, stability and the natural frequency of a beam are investigated.
In this paper, the effects of Tuned Mass dampers (TMDs) on the reduction of the vertical vibrations of a real horizontally curved steel box-girder bridge due to different traffic loads are numerically investigated. The performance of TMDs to reduce the bridge vibrations can be affected by the parameters such as dynamic characteristics of TMDs, the location of TMDs, the speed and weight of vehicles. In the first part of this study, the effects of mass ratio, damping percentage, frequency ratio, and location of TMDs on the performance of TMDs to decrease vertical vibrations of different sections of bridge deck are evaluated. In the second part, the performance of TMD is investigated for different speeds and weights of traffic loads. Results show that the mass ratio of TMDs is the more effective parameter in reducing imposed vertical vibration in comparison with the damping ratio. Furthermore, it is found that TMD is very sensitive to its tuned frequency, i.e., with a little deviation from a suitable frequency, the expected performance of TMD significantly decreased. TMDs have a positive and considerable performance at certain vehicle speeds and this performance declines when the weight of traffic loads is increased. Besides, the results reveal that the highest impact of TMD on the reduction of the vertical vibrations is when free vibrations occur for the bridge deck. In that case, maximum reductions of 24% and 59% are reported in the vertical acceleration of the bridge deck for the forced and free vibration amplitudes, respectively. The maximum reduction of 13% is also obtained for the maximum displacement of the bridge deck. The results are mainly related to the resonance condition.
As one of the most important parameters in structural health monitoring, structural frequency has many advantages, such as convenient to be measured, high precision, and insensitive to noise. In addition, frequency-change-ratio based method had been validated to have the ability to identify the damage occurrence and location. However, building a precise enough finite elemental model (FEM) for the test structure is still a huge challenge for this frequency-change-ratio based damage detection technique. In order to overcome this disadvantage and extend the application for frequencies in structural health monitoring area, a novel method was developed in this paper by combining the cross-model cross-mode (CMCM) model updating algorithm with the frequency-change-ratio based method. At first, assuming the physical parameters, including the element mass and stiffness, of the test structure had been known with a certain value, then an initial to-be-updated model with these assumed parameters was constructed according to the typical mass and stiffness distribution characteristic of shear buildings. After that, this to-be-updated model was updated using CMCM algorithm by combining with the measured frequencies of the actual structure when no damage was introduced. Thus, this updated model was regarded as a representation of the FEM model of actual structure, because their modal information were almost the same. Finally, based on this updated model, the frequency-change-ratio based method can be further proceed to realize the damage detection and localization. In order to verify the effectiveness of the developed method, a four-level shear building was numerically simulated and two actual shear structures, including a three-level shear model and an eight-story frame, were experimentally test in laboratory, and all the test results demonstrate that the developed method can identify the structural damage occurrence and location effectively, even only very limited modal frequencies of the test structure were provided.
A dynamic absorber is used to protect the primary vibration system under the steady-state harmonic disturbance. In a number of cases it appears expedient to install several absorbers of smaller masses instead of one. This may be due to the need of distribute the absorber's response along the construction, restrictions on the absorber's installation. So, we studied characteristics of the primary vibration system for the optimal natural frequency ratio and the optimal damping ratio of serial multi-dynamic absorber. Also we obtained the optimum values of the serial multi-dynamic absorber parameters using computer simulation for the damped primary vibration system. In designing multi-dynamic absorber, we presented for the optimal natural frequency and the optimal damping ratio of multi-dynamic absorbers.
This paper deals with the free vibrations of immersed columns with soft base. The support condition of the column is represented by using a translational spring and a rotational spring. The eccentricity and rotatory inertia of the concentrated mass at the top are taken into account. In the governing equation for the free vibration of column, the density of immersed part was modified to account for the added fluid mass. The governing differential equations are solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are presented to show the effects on the natural frequencies of non-dimensional system parameters: the mass density ratio of fluid to column, the ratio of fluid depth to span length, the ratio of tip mass to total column mass, the dimensionless mass moment of inertia, the eccentricity, the translation spring parameter, and the rotational spring parameter.
The present parer outlines the system identification and vibration control performance of air traffic control tower of Yangyang international airport with tuned mass damper(TMD). From the free vibration test, natural frequency, damping ratio and mode shape of tower are obtained and these values are compared with the values from numerical analysis. In the vibration control test to evaluate the vibration control performance, equivalent damping ratio increased by tuned mass damper are obtained in case the TMD is operated as passive mode. Damping ratio of tower evaluated from free vibration test is about $1.0{\%}$. It is very low value than damping ratio recommended in general code. Damping ratio of passive mode is about $5{\%}$. These equivalent damping ratio increased by TMD is enough to enhance the serviceability of tower structure under wind load.
Vertical vibration tests were conducted using model footings of different size and mass resting on the surface of finite sand layer with different height to width ratios and underlain by either rigid concrete base or natural red-earth base. A comparative study of the ratio of predicted and observed natural frequency ratio of the finite sand stratum was made using the calculated values of equivalent stiffness suggested by Gazetas (1983) and Baidya and Muralikrishna (2001). Comparison of results between model footings resting on finite sand stratum underlain by the rigid concrete base and the natural red-earth base showed that, the presence of a finite base of higher rigidity increases the resonant frequency significantly. With increase in H/B ratio beyond 2.0, the influence of both the rigid concrete and natural red-earth base decreases. Increase in the contact area of the footing increases the resonant frequency of the model footings resting on finite sand stratum underlain by both the types of finite bases. Both the predicted and the observed resonant frequency ratio decreases with increase in force rating and height to width ratio for a given series of model footing.
본 연구의 목적은 첫째, 비선형성을 포함하는 액체기둥진동흡진기(LCVA)의 감쇠항에 대한 등가선형화된 운동방정식을 바탕으로하여 가진입력인 진동대 가속도와 출력인 제어력의 관계인 전달함수를 해석적인 식으로 규명하는 것이다. 둘째, LCVA의 주요설계변수인 수직기둥과 수평기둥의 단면적비의 변화에 따른 진동특성분석이다. 셋째, 동조의 수단으로 이용되는 수직기둥 액체의 높이를 변화시켜 진동특성을 분석하는 것이다. LCVA를 진동대 위에 설치하고 가진하여 제어력을 측정하여 실험 전달함수를 구하였다. 이것을 해석적인 전달함수와 비교 및 최적화작업을 수행하여 LCVA의 진동특성변수에 영향을 미치는 고유진동수, 감쇠비 및 질량비 등을 파악하였다. 실험결과, 액체 수위 및 단면적비의 변화에 따라 감쇠비 및 참여질량비의 특성이 변화하였다. 수직기둥과 수평기둥이 교차하는 엘보우에서 액체의 흐름 변화로 인하여, LCVA 실험체의 수직기둥 단면적이 작아질수록 감쇠비와 참여질량비가 증가하였다.
This paper presents the vibrational characteristics of linear damped vibrational systems with a linear dynamic absorber. The amplitude ratios of main vibrational system are derived from the equation of motion for the system, and optimal natural frequency ratio and damping ratio of dynamic absorber are obtained by computer simu- lation, which minimize the amplitude ratio of main vibrational system for the whole range of the frequency ratio. And, the effects of the parameters on the amplitude ratios are investigated. As the results, the effect of the natural frequency ratio on the amplitude ratio of main vibrational system is more important than that of the damping ratio of dynamic absorber as damping ratio of main vibrational system becomes larger. For the case of large damping ration of main vibrational system becomes larger. For the case of large damping ratio of main vibration system, the amplitude ratios are not decreased dramationally in spite of inoreasing mass ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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