Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.11
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pp.1144-1151
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2012
A damage in structure alters its dynamic characteristics. The change is characterized by changes in the modal parameter, i.e., modal frequencies, modal damping value and mode shape associated with each modal frequency. Changes also occur in some of the structural parameters; namely, the mass, damping, stiffness matrices of the structure. In this paper, evaluation of changes in stiffness matrix of a structure is presented as a method not only for identifying the presence of the damage but also locating the damage. It is shown that changed stiffness matrix can be accurately estimated a sensitivity coefficient matrix derived from modifying mode shapes, First, with 4 story shear structure models, the effect of presence of damage in a structure on its stiffness matrix is studied. By using these analytical model, the effectiveness of using change of stiffness matrix in detecting and locating damages is demonstrated. To validate the predicted changing stiffness and its location, the obtained results are compared to the reanalysis result which shows good agreement.
In the present paper, a method for identifying damage in a multi storeyed shear building structure is presented using minimum number of modal parameters of the structure. A damage at any level of the structure may lead to a major failure if the damage is not attended at appropriate time. Hence an early detection of damage is essential. The proposed identification methodology requires experimentally determined sparse modal data of any particular mode as input to detect the location and extent of damage in the structure. Here, the first natural frequency and corresponding partial mode shape values are used as input to the model and results are compared by changing the sensor placement locations at different floors to conclude the best location of sensors for accurate damage identification. Initially experimental data are simulated numerically by solving eigen value problem of the damaged structure with inclusion of random noise on the vibration characteristics. Reliability of the procedure has been demonstrated through a few examples of multi storeyed shear structure with different damage scenarios and various noise levels. Validation of the methodology has also been done using dynamic data obtained through experiment conducted on a laboratory scale steel structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.4
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pp.179-187
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2020
Seismic qualification of equipment including piping is performed by using floor response spectra (FRS) or in-structure response spectra (ISRS) as the earthquake input at the base of the equipment. The amplitude of the FRS may be noticeably reduced when obtained from coupling analysis because of interaction between the primary structure and the equipment. This paper introduces a method using a modal synthesis approach to generate the FRS in a coupled primary-secondary system that can avoid numerical instabilities or inaccuracies. The FRS were generated by considering the dynamic interaction that can occur at the interface between the supporting structure and the equipment. This study performed a numerical example analysis using a typical nuclear structure to investigate the coupling effect when generating the FRS. The study results show that the coupling analysis dominantly reduces the FRS and yields rational results. The modal synthesis approach is very practical to implement because it requires information on only a small number of dynamic characteristics of the primary and the secondary systems such as frequencies, modal participation factors, and mode shape ordinates at the locations where the FRS needs to be generated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.4
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pp.295-300
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2016
In the design of passive and active boring bars, the structural dimensions and shape of the vibration control boring bar are modified depending on the diameter and depth of the workpiece, which changes the dynamic behavior. Thus, the natural frequency, effective mass, and stiffness for the main structure of a tube-type boring bar need to be reset for each vibration control case. However, commercial finite element method (FEM) software and experimental modal analysis are mostly used at present despite being too time-consuming. To overcome the weaknesses of the two methods currently used for vibration control, we realized a graphical user interface (GUI) program for the modal analysis of a modified tube-type damping structure. The analysis results with the GUI program were compared to those with commercial FEM software in order to confirm the effectiveness of the former.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.6
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pp.495-501
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2012
In this study, the natural frequencies and mode shape of an external mounting pod were verified using the modal analysis and modal testing technique for a pod mounted on an aircraft. The procedure associated with the FE model building of an external mounted pod to predict the dynamic behavior of aircraft structures is described. The simplified FE model reflecting the results of the modal testing of a pod is built through the optimization and will be applied to the structural dynamic model of an aircraft which is used to verified the stability of vibration and flutter of an aircraft.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.3
s.120
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pp.257-263
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2007
Detection of structural damage is an inverse problem in structural engineering. There are three main questions in the damage detection: existence, location and extent of the damage. In concept, the natural frequency and mode shapes of any structure must satisfy an eigenvalue problem. But, if a potential damage exists in a structure, an error resulting from the substitution of the refined analytical finite element model and measured modal data into the structural eigenvalue equation will occur, which is called the residual modal forces, and can be used as an indicator of potential damage in a structure. In this study, a useful damage detection method is proposed and compared with other two methods. Two degree-of-freedom system and Cantilever beam are used to demonstrate the approach. And the results of three introduced method are compared.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.7
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pp.71-76
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2022
This study describes an evaluation of the vibration-level reduction effect of natural rubber inserted between two aluminum blocks, in which the modal parameters are predicted using two different damping systems. A numerical model with two degrees of freedom was established for both the cases. One was an eigenvalue problem analysis using a state space method and general viscous damping, whereas the other was a method using hysteretic damping. The modal parameters obtained from these two approaches were compared with those obtained from the finite element method using a commercial package. As a result, the natural frequencies observed in the complex frequency response curve were consistently less than the average of four percents. The damping ratios also showed good agreement within a reasonable range. However, the hysteretic damping system showed a relatively larger difference for all modal parameters. This suggests that the analysis procedure makes it easier to predict the vibration transmission characteristics of the shape and configuration of any cushioning layer.
Byunyoung Chung ;Jonghwan Kim ;Daesic Jang;Sunjin Kim;Youngchul Choi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.947-957
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2023
Curved cylindrical structures such as elbows have a non-uniform thickness distribution due to their fabrication process, and as a result have a number of complex mode shapes, including circumferential and axial nodal patterns. In nuclear power plants, material degradation is induced in pipes by flow accelerated erosion and corrosion, causing the wall thickness of carbon steel elbows to gradually thin. The corresponding frequencies of each mode shape vary according to the wall thinning state. Therefore, the thinning state can be estimated by monitoring the varying modal characteristics of the elbow. This study investigated the varying modal characteristics of artificially thinned carbon steel elbows for each thinning state using numerical simulation and experimental methods (MRIT, Multiple Reference Impact Test). The natural frequencies of specified mode shapes were extracted, and results confirmed they linearly decreased with increasing thinning. In addition, by comparing single FRF (Frequency Response Function) data with the results of MRIT, a concise and cost effective thinning estimation method was suggested.
Field measurements of various structures have been conducted for many purposes. Measurement data obtained by field measurement is very useful to determine vibration characteristics including dynamic characteristics such as the damping ratio, natural frequency, and mode shape of a structure. In addition, results of field measurements and modal identification can be used for modal updating of FEM analysis, for checking the efficiency of damping devices and so on. This paper shows some examples of field measurements and modal identification for structural health monitoring. As the first example, changes of dynamic characteristics of a 15-story office building in four construction stages from the foundation stage to completion are described. The dynamic characteristics of each construction stage were modeled as accurately as possible by FEM, and the stiffness of the main structural frame was evaluated and the FEM results were compared with measurements performed on non-load-bearing elements. Simple FEM modal updating was also applied. As the next example, full-scale measurements were also carried out on a high-rise chimney, and the efficiency of the tuned mass damper was investigated by using two kinds of modal identification techniques. Good correspondence was shown with vibration characteristics obtained by the 2DOF-RD technique and the Frequency Domain Decomposition method. As the last example, the wind-induced response using RTK-GPS and the feasibility of hybrid use of FEM analysis and RTK-GPS for confirming the integrity of structures during strong typhoons were shown. The member stresses obtained by hybrid use of FEM analysis and RTK-GPS were close to the member stresses measured by strain gauges.
In the field of dynamic measurement and structural damage identification, it is generally known that modal frequencies may be measured with higher accuracy than mode shapes. However, the number of natural frequencies within a measurable range is limited. Accessing additional forms of modal frequencies is thus desirable. The present study is concerned about the extraction of artificial boundary condition (ABC) frequencies from modal testing. The ABC frequencies correspond to the natural frequencies of the structure with a perturbed boundary condition, but they can be extracted from processing the frequency response functions (FRF) measured in a specific configuration from the structure in its existing state without the need of actually altering the physical support condition. This paper presents a comprehensive experimental investigation into the measurability of the ABC frequencies from physical experiments. It covers the testing procedure through modal testing, the data processing and data analysis requirements, and the FRF matrix operations leading to the extraction of the ABC frequencies. Specific sources of measurement errors and their effects on the accuracy of the extracted ABC frequencies are scrutinised. The extracted ABC frequencies are subsequently applied in the damage identification in beams by means of finite element model updating. Results demonstrate that it is possible to extract the first few ABC frequencies from the modal testing for a variety of artificial boundary conditions incorporating one or two virtual pin supports, and the inclusion of ABC frequencies enables the identification of structural damages without the need to involve the mode shape information.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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