A Chebyshev spectral method (CSM) for the dynamic analysis of non-uniform Timoshenko beams under various boundary conditions and concentrated masses at their ends is proposed. The matrix-based Chebyshev spectral approach was used to construct the spectral differentiation matrix of the governing differential operator and its boundary conditions. A matrix condensation approach is crucially presented to impose boundary conditions involving the homogeneous Cauchy conditions and boundary conditions containing eigenvalues. By taking advantage of the standard powerful algorithms for solving matrix eigenvalue and generalized eigenvalue problems that are embodied in the MATLAB commands, chebfun and eigs, the modal parameters of non-uniform Timoshenko beams under various boundary conditions can be obtained from the eigensolutions of the corresponding linear differential operators. Some numerical examples are presented to compare the results herein with those obtained elsewhere, and to illustrate the accuracy and effectiveness of this method.
Modal analysis of cracked cantilever composite beams, made of graphite-fibre reinforced polyamide, is studied. By using the finite element and component mode synthesis methods, a numeric model applicable to investigate the vibration of cracked composite beams is developed. In this new approach, from the crack section, the composite beam separated into two parts coupled by a flexibility matrix taking into account the interaction forces. These forces are derived from the fracture mechanics theory as the inverse of the compliance matrix calculated with the proper stress intensity factors and strain energy release rate expressions. Numerical results are obtained for modal analysis of composite beams with a transverse non-propagating open crack, addressing the effects of the location and depth of the crack, and the volume fraction and orientation of the fibre on the natural frequencies and mode shapes. By means of modal data, the position and dimension of the defect can be found. The results of the study confirmed that presented method is suitable for the vibration analysis of cracked cantilever composite beams. Present technique can be easily extended to composite plates and shells.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.4
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pp.232-237
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2015
Complex dynamic systems are composed of several subsystems. Each subsystems affect the dynamics of other subsystems since they are connected to each other in the whole system. Theoretically, we can derive the exact mass and stiffness matrix of a system if we have the natural frequencies and mode shapes of that system. In real situation, the modal parameters for the higher modes are not available and the number of degree of freedom concerned are not so high. This paper shows a simple method to derive the mass and stiffness matrix of a system considering the connecting points of subsystems. Since the accuracy of reconstructed structure depends on the selection of node and mode, the rule for selection of node and mode are derived from the numerical examples.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.1150-1155
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2001
The updating of the FE model to match it with the experimental results needs the modal information. There are two causes where this methodology is ill-equip to deal with; under-determined and ill-conditioning problem. In this research, the feedback exciter which uses the summation of the white noise and the signals from the measurement sensors multiplied with feedback gains is proposed. The new energy path generated by the feedback exciter changes the modal characteristics of the system and this additional modal information can solve the under-determined problem in the model updating. Through the proper selection of the exciter and sensor locations and the feedback gain, the eigenvalue sensitivity of the updating parameters which cause the ill-conditioning of the sensitivity matrix can be modified. This methodology does not require any additional equipments, makes the acquirement of the additional modal information easy and is robust to the measurement noise.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.864-869
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2004
A novel concept of feedback loop design for modal test and model updating is proposed. This method uses the closed -loop natural frequency information for parameter modification to overcome the problems associated with the conventional method employing the modal sensitivity matrix. To obtain new modal information from closed-loop system, controllers should be effective in changing modal data while guaranteeing the stability of closed-loop system. It is very hard to guarantee the stability of the closed-loop system with non-collocated sensor and actuator set. Ill this research, we proposed a controller called mode-decoupling controller that can change a target mode as much as the designer wants guaranteeing the stability of closed-loop system. This controller can be computed just using measured open-loop modeshape matrix. A simulation based on time domain input/output data is performed to check the feasibility of proposed control method.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.2
s.4
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pp.59-67
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2002
In this study, a method that estimates stiffness and mass matrices of shear building from modal test data is presented. This method applied of building depends on the number of measurement points that are less in number than the total structural degrees of freedom, and on the first two orders of structural mode measured. By means of this method it is possible to use modal data of unmeasurable points to estimate total stiffness and mass matrices of structure. Some examples are studied in this paper, and its result shows that this method is reliable.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.10
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pp.955-961
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2004
A novel concept of feedback loop design for modal test and model updating is proposed. This method uses the closed-loop natural frequency information for parameter modification to overcome the problems associated with the conventional method employing the modal sensitivity matrix. To obtain new modal information from closed-loop system, controllers should be effective in changing modal data while guaranteeing the stability of closed-loop system. But it is very hard to guarantee the stability of the closed-loop system with non-collocated sensor and actuator set. In this research, we proposed a controller called mode-decoupling controller that can change a target mode as much as the designer wants guaranteeing the stability of closed-loop system. This controller can be computed Just using measured open-loop modeshape matrix. A simulation based on time domain input/output data is performed to check the feasibility of proposed control method.
Kim, Seok-Il;Gwak, Byeong-Man;Lee, Hu-Sang;Jeong, Jae-Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.8
no.2
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pp.57-68
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1991
In this study, to analyse the dynamic characteristics of a machine-tool spindle system, the spindle is mathematically represented by a Timoshenko beam including the internal damping of beam material, and each bearing by four bearing coefficients; stiffness and damping coefficients in moment and radial directions. And the dynamic compliance of the system is calculated by introducing the transfer matrix method, and the complex modal analysis method has been applied for the modal parameter identification. The influence of the bearing coefficients, material damping factor and bearing span on the dynamic characteristics of the system is parametrically examined.
In this paper, the structural health monitoring (SHM) benchmark problem of the Canton tower is studied. Based on the field monitoring data from the 20 accelerometers deployed on the tower, some modal frequencies and mode shapes at measured degrees of freedom of the tower are identified. Then, these identified incomplete modal data are used to update the reduced finite element (FE) model of the tower by a novel algorithm. The proposed algorithm avoids the problem of subjective selection of updated parameters and directly updates model stiffness matrix without model reduction or modal expansion approach. Only the eigenvalues and eigenvectors of the normal finite element models corresponding to the measured modes are needed in the computation procedures. The updated model not only possesses the measured modal frequencies and mode shapes but also preserves the modal frequencies and modes shapes in their normal values for the unobserved modes. Updating results including the natural frequencies and mode shapes are compared with the experimental ones to evaluate the proposed algorithm. Also, dynamic responses estimated from the updated FE model using remote senor locations are compared with the measurement ones to validate the convergence of the updated model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.2
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pp.339-348
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1990
Techniques which are able to predict and control dynamic characteristics, not affecting the vibrational characteristics on the modification of structural design, are being studied. As one of these techniques, experimental modal analysis is widely applied by many researchers. In this study, modal analysis is performed using transfer matrix method by a macro computer. The developed program would estimate the structural modal parameters precisely, and the validity of this program is certified by comparing with the experimental results of .GAMMA A. structure. Estimated modal parameters(natural frequency, vibrational mode, equivalent mass, etc.) are in accord with the experimental results. Also, the optimal location of the additive mass is determined by the evaluation of the vibrational mode and the equivalent mass. The relation between the additive mass and the equivalent mass is specified, and we come to know that the ratio of equivalent mass to additive mass alter linearly within the range of 20%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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