Korean pyeongyeong, a set of sixteen L-shape chime stones covering one and one third octaves, is a standard instrument in the Korean traditional court music. We analyze the vibrational mode frequencies in a pyeongyeong replica which is played at the National Center for Korean Traditional Performance Arts and pyeongyeong remains which are exhibited at King Sejong Memorial Museum. The modal shapes on the Whangjong, the 1st stone and Cheonghyurjong, the 16th stone mapped by scanning accelerometer, TV holography and STAR system. The nominal frequencies in pyeongyeong replica at the National Center for Korean Traditional Performance Arts increase linearly with the thickness of the stones and the tones are tuned in line with the musical scale of Sambunsonik. The sexagenary cycles on the pyeongyeong remains at King Sejong Memorial. which show the Year of product indirectly, are different each other and the tones are not tuned in scale. The relative frequency ratios of each modes on stones differ more than just-noticeable differences from those on the pyeongyeong replica. Modal shapes are same for the two stones regardless of the thickness.
A new algorithm is proposed to determine optimal accelerometer locations (OAL) when a structure is identified by frequency domain system identification (SI) method. As a result, a guideline is presented for selecting OAL which can reflect modal response of a structure properly. The guideline is to provide a minimum number of necessary accelerometers with the variation in the number of measurable target modes. To determine OAL for SI applications effectively, the modal sensitivity effective independence distribution vector (MS-EIDV) is developed with the likelihood function of measurements. By maximizing the likelihood of the occurrence of the measurements relative to the predictions, Fisher Information Matrix (FIM) is derived as a function of mode shape sensitivity. This paper also proposes a statistical approach in determining the structural parameters with a presumed parameter error which reflects the epistemic paradox between the determination of OAL and the application of a SI scheme. Numerical simulations have been carried out to examine the proposed OAL algorithm. A two-span multi-girder bridge and a two-span truss bridge were used for the simulation studies. To overcome a rank deficiency frequently occurred in inverting a FIM, the singular value decomposition scheme has been applied.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.1
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pp.76-81
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2012
Ultrasonic metal welding is one of the welding methods which welds metal by applying high frequency vibrational energy into specific area at constant pressure, avaliable in room temperature and low temperature. Ultrasonic metal welder is consisted of power supply, transducer, booster, and horn. Precise designing is required since each parts' shape, length and mass can affect driving frequency and vibration mode. This paper focused to horn design, its length L was set to 62mm by calculating vibration equation. By performing modal analysis with various shape variable b times integer, when length of b is 30mm the output was 39,599Hz at 10th mode. Also by performing harmonic response analysis, the frequency response result was 39,533Hz, which was similar to modal analysis result. In order to observe the designed horn's performance, about 4,000 voltage data was obtained from a light sensor and was analyzed by FFT analysis using Origin Tool. The result RMS amplitude was approximately 8.5${\mu}m$ at 40,000Hz, and maximum amplitude was 12.3${\mu}m$. Therefore, it was verified that the ultrasonic metal welding horn was optimally designed.
Soman, Rohan N.;Onoufrioua, Toula;Kyriakidesb, Marios A.;Votsisc, Renos A.;Chrysostomou, Christis Z.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.1
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pp.55-70
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2014
The paper presents a multi-objective optimization strategy for a multi-type sensor placement for Structural Health Monitoring (SHM) of long span bridges. The problem is formulated for simultaneous placement of strain sensors and accelerometers (heterogeneous network) based on application demands for SHM system. Modal Identification (MI) and Accurate Mode Shape Expansion (AMSE) were chosen as the application demands for SHM. The optimization problem is solved through the use of integer Genetic Algorithm (GA) to maximize a common metric to ensure adequate MI and AMSE. The performance of the joint optimization problem solved by GA is compared with other established methods for homogenous sensor placement. The results indicate that the use of a multi-type sensor system can improve the quality of SHM. It has also been demonstrated that use of GA improves the overall quality of the sensor placement compared to other methods for optimization of sensor placement.
Carreno, A.;Vidal-Ferrandiz, A.;Ginestar, D.;Verdu, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.2
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pp.399-413
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2021
The solution of the time-dependent neutron diffusion equation can be approximated using quasi-static methods that factorise the neutronic flux as the product of a time dependent function times a shape function that depends both on space and time. A generalization of this technique is the updated modal method. This strategy assumes that the neutron flux can be decomposed into a sum of amplitudes multiplied by some shape functions. These functions, known as modes, come from the solution of the eigenvalue problems associated with the static neutron diffusion equation that are being updated along the transient. In previous works, the time step used to update the modes is set to a fixed value and this implies the need of using small time-steps to obtain accurate results and, consequently, a high computational cost. In this work, we propose the use of an adaptive control time-step that reduces automatically the time-step when the algorithm detects large errors and increases this value when it is not necessary to use small steps. Several strategies to compute the modes updating time step are proposed and their performance is tested for different transients in benchmark reactors with rectangular and hexagonal geometry.
Sevim, Baris;Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar
Computers and Concrete
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v.10
no.3
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pp.277-294
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2012
The aim of the study is to determine the modal parameters of a prototype damaged arch dam by operational modal analysis (OMA) method for some damage scenarios. For this purpose, a prototype arch dam-reservoir-foundation model is constructed under laboratory conditions. Ambient vibration tests on the arch dam model are performed to identify the modal parameters such as natural frequency, mode shape and damping ratio. The tests are conducted for four test-case scenarios: an undamaged dam with empty reservoir, two different damaged dams with empty reservoirs, and a damaged dam with full reservoir. Loading simulating random impact effects is applied on the dam to crack. Cracks and fractures occurred at the middle of the upper part of the dams and distributed through the abutments. Sensitivity accelerometers are placed on the dams' crests to collect signals for measurements. Operational modal analysis software processes the signals collected from the ambient vibration tests, and enhanced frequency domain decomposition and stochastic subspace identification techniques are used to estimate modal parameters of the dams. The modal parameters are obtained to establish a basis for comparison of the results of two techniques for each damage case. Results show that approximately 35-40% difference exists between the natural frequencies obtained from Case 1 and Case 4. The natural frequencies of the dam considerably decrease with increasing cracks. However, observation shows that the filled reservoir slightly affected modal parameters of the dam after severe cracking. The mode shapes obtained are symmetrical and anti-symmetrical. Apparently, mode shapes in Case 1 represent the probable responses of arch dams more accurately. Also, damping ratio show an increase when cracking increases.
In this paper, a novel PARAllel FACtor (PARAFAC) decomposition based Blind Source Separation (BSS) algorithm is proposed for modal identification of structures equipped with tuned mass dampers. Tuned mass dampers (TMDs) are extremely effective vibration absorbers in tall flexible structures, but prone to get de-tuned due to accidental changes in structural properties, alteration in operating conditions, and incorrect design forecasts. Presence of closely spaced modes in structures coupled with TMDs renders output-only modal identification difficult. Over the last decade, second-order BSS algorithms have shown significant promise in the area of ambient modal identification. These methods employ joint diagonalization of covariance matrices of measurements to estimate the mixing matrix (mode shape coefficients) and sources (modal responses). Recently, PARAFAC BSS model has evolved as a powerful multi-linear algebra tool for decomposing an $n^{th}$ order tensor into a number of rank-1 tensors. This method is utilized in the context of modal identification in the present study. Covariance matrices of measurements at several lags are used to form a $3^{rd}$ order tensor and then PARAFAC decomposition is employed to obtain the desired number of components, comprising of modal responses and the mixing matrix. The strong uniqueness properties of PARAFAC models enable direct source separation with fine spectral resolution even in cases where the number of sensor observations is less compared to the number of target modes, i.e., the underdetermined case. This capability is exploited to separate closely spaced modes of the TMDs using partial measurements, and subsequently to estimate modal parameters. The proposed method is validated using extensive numerical studies comprising of multi-degree-of-freedom simulation models equipped with TMDs, as well as with an experimental set-up.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.5
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pp.400-408
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2003
This paper investigates the vibration characteristics of steam generator (SG) U-tubes with defect. The operating SG shell-side flow field conditions for determining the fluidelastic instability parameters such as added mass are obtained from three-dimensional SG flow calculation. Modal analyses are performed for the U-tubes either with axial or circumferential flaw with different sizes. Special emphases are on the effects of flaw orientation and size on the modal and instability characteristics of tubes, which are expressed in terms of the natural frequency, corresponding mode shape and stability ratio. Also, addressed is the effect of the internal pressure on the vibration characteristics of the tube.
Kim, Jin-Soo;Lee, Seung-Mock;Ha, Jong-Hun;Lee, Jang-Woo;Ha, Sam-Chul
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.10a
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pp.556-563
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2010
The main noise source of the rotary compressor for air conditioner was analyzed by using the measurement of sound intensity, modal analysis and operational deflection shape(ODS) analysis. In this study, the key noise source of rotary compressor was an accumulator, and noise was sharply increased due to the accumulator's resonance which has a big contribution to the noise. To reduce the excessive noise generated from accumulator, structural modification through ODS analysis were applied. Its validation was conducted by the measurement of noise and vibration on the accumulator's surface. The total noise was significantly reduced by 4.2dB(A).
Jo Jong Chull;Jhung Myung Jo;Kim Woong Sik;Choi Young Hwan;Kim Hho Jung;Kim Tae Hyung
Nuclear Engineering and Technology
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v.35
no.5
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pp.442-453
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2003
This study investigates the safety assessment of the potential for fretting-wear damages on steam generator (SG) U-tubes caused by foreign object in operating nuclear power plants. The operating SG shell-side flow field conditions are obtained from three-dimensional SG flow calculation using the ATHOS3 code. Modal analyses are performed for the finite element modelings of U-tubes to get the natural frequency, corresponding mode shape and participation factor. The wear rate of U-tube caused by foreign object is calculated using the Archard formula and the remaining life of the tube is predicted. Also, discussed in this study is the effect of the flow velocity and vibration of the tube on the remaining life of the tube.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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