Park, Nam-Gyu;Rhee, Hui-Nam;Moon, Hoy-Ik;Jang, Young-Ki;Jeon, Sang-Youn;Kim, Jae-Ik
Nuclear Engineering and Technology
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v.41
no.6
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pp.821-830
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2009
In this paper, modal testing and finite element modeling results to identify the modal parameters of a nuclear fuel rod as well as its cladding tube are discussed. A vertically standing full-size cladding tube and a fuel rod with lead pellets were used in the modal testing. As excessive flow-induced vibration causes a failure in fuel rods, such as fretting wear, the vibration level of fuel rods should be low enough to prevent failure of these components. Because vibration amplitude can be estimated based on the modal parameters, the dynamic characteristics must be determined during the design process. Therefore, finite element models are developed based on the test results. The effect of a lumped mass attached to a cladding tube model was identified during the finite element model optimization process. Unlike a cladding tube model, the density of a fuel rod with pellets cannot be determined in a straightforward manner because pellets do not move in the same phase with the cladding tube motion. The density of a fuel rod with lead pellets was determined by comparing natural frequency ratio between the cladding tube and the rod. Thus, an improved fuel rod finite element model was developed based on the updated cladding tube model and an estimated fuel rod density considering the lead pellets. It is shown that the entire pellet mass does not contribute to the fuel rod dynamics; rather, they are only partially responsible for the fuel rod dynamic behavior.
Kim, Gen-Sang;Kim, Mun-Guk;Kim, In-Gul;Park, Jae-Sang;Park, Soon-Hong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.8
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pp.621-630
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2018
In the case of launch vehicles using liquid fuel, natural frequency changes due to fuel consumption after launch, and a modal test is essential to investigate its effect. However, when relying on modal test to characterize the free vibration characteristics, the testing time is excessively increased and accuracy is reduced. Therefore, this paper suggests a modal test method with finite element analysis to overcome these drawbacks. A cylindrical structure filled with liquid are considered as a study model, and modal tests and finite element analyses are performed. The modal tests are conducted by an impulsive method using an impact hammer and accelerometers. Through the comparison of the modal test and the finite element analysis results, the validity of the proposed modal test method is verified. In addition, the free vibration characteristics and the tendency for the cylindrical structure according to the liquid filled ratio were investigated.
The idea of using measured dynamic characteristics for damage detection is attractive because it allows for a global evaluation of the structural health and condition. However, vibration-based damage detection for complex structures such as long-span cable-supported bridges still remains a challenge. As a suspension or cable-stayed bridge involves in general thousands of structural components, the conventional damage detection methods based on model updating and/or parameter identification might result in ill-conditioning and non-uniqueness in the solution of inverse problems. Alternatively, methods that utilize, to the utmost extent, information from forward problems and avoid direct solution to inverse problems would be more suitable for vibration-based damage detection of long-span cable-supported bridges. The auto-associative neural network (ANN) technique and the probabilistic neural network (PNN) technique, that both eschew inverse problems, have been proposed for identifying and locating damage in suspension and cable-stayed bridges. Without the help of a structural model, ANNs with appropriate configuration can be trained using only the measured modal frequencies from healthy structure under varying environmental conditions, and a new set of modal frequency data acquired from an unknown state of the structure is then fed into the trained ANNs for damage presence identification. With the help of a structural model, PNNs can be configured using the relative changes of modal frequencies before and after damage by assuming damage at different locations, and then the measured modal frequencies from the structure can be presented to locate the damage. However, such formulated ANNs and PNNs may still be incompetent to identify damage occurring at the deck members of a cable-supported bridge because of very low modal sensitivity to the damage. The present study endeavors to enhance the damage identification capability of ANNs and PNNs when being applied for identification of damage incurred at deck members. Effort is first made to construct combined modal parameters which are synthesized from measured modal frequencies and modal shape components to train ANNs for damage alarming. With the purpose of improving identification accuracy, effort is then made to configure PNNs for damage localization by adapting the smoothing parameter in the Bayesian classifier to different values for different pattern classes. The performance of the ANNs with their input being modal frequencies and the combined modal parameters respectively and the PNNs with constant and adaptive smoothing parameters respectively is evaluated through simulation studies of identifying damage inflicted on different deck members of the double-deck suspension Tsing Ma Bridge.
Previous study showed that delamination region in concrete structures can be successfully visualized using mode shapes of delaminated concrete section. However, modal tests for this purpose to obtain mode shapes of the delaminated concrete section may not be applicable in practice since, to correctly obtain the mode shapes of the section, the location and the shape of the delamination region in a structure should be known in advance. Unfortunately those are normally unknown in a real structure. Therefore, a moving forward test method may be useful to obtain the mode shapes of the concrete section when the location and the shape of the delamination region are not known. In this study, impact-echo testing based mode shape estimation technique is proposed and experimentally validated for visualization of delamination region.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.3
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pp.127-132
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2010
Eigensolutions associated with self-excited vibration of disc brake system can be obtained by complex eigenvalue analysis. The eigenvalue sensitivity to change in contact stiffness can be used to demonstrate stability criteria and eigenvalue veering. Dynamic instability on eigenvalue loci with respect to the variation of contact stiffness is found to be related to mode interaction between two adjacent modes. This modal interaction can be effectively shown by mode shape visualization. This paper presents the methodology to construct the mode shape of disc brake system where a disc and two brake pads are coupled with contact stiffness.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.127-136
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2002
This papers presents a practical damage detection algorithm based on damage index method that accurately assesses both the location and severity of the localized detriment in a bridge structure using only limited mode shapes. In the algorithm, the ratio of the modal vector sensitivity of an undamaged structure to that of a damaged structure is used as an indicator of damage. However, a difficulty arises when the damaged element is located at a node of mode where the amplitude of medal vector is close to zero, leading the singularity of the ratio (i.e., division-by-zero). This singularity problem is overcome by introducing a parameter denoted a sensitivity filter, a function of mode shape of the structure, in modal vector sensitivity. Using this concept, an improvement can be considerably achieved in the estimation of both degree of severity and location of damage. To verify the proposed algorithm, its numerical implementations are conducted for a simply supported beam and a 2-span continuous beam.
Deciding on an optimal sensor placement (OSP) is a common problem encountered in many engineering applications and is also a critical issue in the construction and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system. The present study focuses with techniques for selecting optimal sensor locations in a sensor network designed to monitor the health condition of Dalian World Trade Building which is the tallest in the northeast of China. Since the number of degree-of-freedom (DOF) of the building structure is too large, multi-modes should be selected to describe the dynamic behavior of a structural system with sufficient accuracy to allow its health state to be determined effectively. However, it's difficult to accurately distinguish the translational and rotational modes for the flexible structures with closely spaced modes by the modal participation mass ratios. In this paper, a new method of the OSP that computing the mode shape matrix in the weak axis of structure by the simplified multi-DOF system was presented based on the equivalent rigidity parameter identification method. The initial sensor assignment was obtained by the QR-factorization of the structural mode shape matrix. Taking the maximum off-diagonal element of the modal assurance criterion (MAC) matrix as a target function, one more sensor was added each time until the maximum off-diagonal element of the MAC reaches the threshold. Considering the economic factors, the final plan of sensor placement was determined. The numerical example demonstrated the feasibility and effectiveness of the proposed scheme.
Considering dynamic behaviors according to initial tension forces, geometric nonlinearity and the effect of higher eigen modes to participate in dynamic behaviors increase as initial tension forces decrease, and from phase portrait we can realize that period attractors are produced in many area with complexity. If initial tension forxes increase, difference between linear and nonlinear solutions will decrease and the first eigen mode dominate the dynamic behaviors and observing phase portrait, period attractors appear in certain area regularly. These results may offer meaningful informations to nonlinear dynamic analysis using modal reduction methods such as Lanczos modal analysis. And actually nonlinear dynamic analysis needs very large computational efforts. So, if we determine the number of eigen modes to take part in modal analysis corresponding to initial tension forces we will get more accurate data close to exact nonlinear dynamic solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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