Accurate modeling of a dynamic system from experimental data is the bases for the model updating or heath monitoring of the system. Modal analysis or modal test is a routine process to get the modal parameters of a dynamic system. The modal parameters include the natural frequencies, damping ratios and mode shapes. This paper presents a new method that can derive the equations of motion for a dynamic system from the modal parameters obtained by the modal analysis or modal test. The present method based on the relation between the eigenvalues and eigenvectors of the state space equation derives the mass, damping and stiffness matrices of the system. The modeling of a cantilevered beam from modal parameters is an example to prove the efficiency and accuracy of the present method. Using the lateral displacements only, not the rotations, gives limited information for the system. The numerical verification up to now gives reasonable results and the verification with the test data is scheduled.
구조물의 모달 해석 또는 모달 시험은 구조물의 동적 특성을 나타내는 모달 파라미터들을 구하는 과정이다. 모달 파라미터에는 고유 진동수, 감쇠율, 진동 모드의 세 가지 값들이 있다. 본 연구에서는 시스템의 개발과정에서 당연히 수행되는 모달 해석의 결과인 모달 파라미터를 활용하여 시스템 방정식을 구하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 상태 방정식의 고유치와 고유 벡터의 상관관계로부터 물리적 시스템 행렬인 질량, 감쇠, 강성 행렬을 각각 구하는 방법을 개발하였다. 간단한 질량-스프링-댐퍼 시스템과 외팔보에 대한 수치 예제를 통하여 개발된 방법의 유용성과 정확도를 검증하였다
Yong-Hwa Heo;Jong-Oh Sun;Gyeong Ho Kim;Yeonseok Choo
Nuclear Engineering and Technology
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제55권12호
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pp.4307-4316
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2023
In this paper, modal effective mass for asymmetric fluid-structure interaction system is defined and equations for its calculation is derived. To establish consistency, modal effective mass in symmetric structure only system is briefly reviewed, followed by a definition of the modal effective mass in asymmetric system. The equations for calculating modal effective mass in asymmetric system are derived by utilizing the properties of left and right eigenvectors. To simplify the equations, the assumption is made that the mass matrix is only affected by the fluid. The simplified equation is then compared to the equation already used in ANSYS. Finally, the validity of the modal effective mass definition and derivation in this paper is demonstrated through a simple example.
This paper explores the possibility of using a combination of the empirical mode decomposition (EMD) and the Hilbert transform (HT), termed the Hilbert-Huang transform (HHT) method, to identify the modal damping ratios of the structure with closely spaced modal frequencies. The principle of the HHT method and the procedure of using the HHT method for modal damping ratio identification are briefly introduced first. The dynamic response of a two-degrees-of-freedom (2DOF) system under an impact load is then computed for a wide range of dynamic properties from well-separated modal frequencies to very closely spaced modal frequencies. The natural frequencies and modal damping ratios identified by the HHT method are compared with the theoretical values and those identified using the fast Fourier transform (FFT) method. The results show that the HHT method is superior to the FFT method in the identification of modal damping ratios of the structure with closely spaced modes of vibration. Finally, a 36-storey shear building with a 4-storey light appendage, having closely spaced modal frequencies and subjected to an ambient ground motion, is analyzed. The modal damping ratios identified by the HHT method in conjunction with the random decrement technique (RDT) are much better than those obtained by the FFT method. The HHT method performing in the frequency-time domain seems to be a promising tool for system identification of civil engineering structures.
An automatic modal identification program is developed for continuous extraction of modal parameters of three cable-supported bridges in Hong Kong which are instrumented with a long-term monitoring system. The program employs the Complex Modal Indication Function (CMIF) algorithm for identifying modal properties from continuous ambient vibration measurements in an on-line manner. By using the LabVIEW graphical programming language, the software realizes the algorithm in Virtual Instrument (VI) style. The applicability and implementation issues of the developed software are demonstrated by using one-year measurement data acquired from 67 channels of accelerometers permanently installed on the cable-stayed Ting Kau Bridge. With the continuously identified results, variability in modal vectors due to varying environmental conditions and measurement errors is observed. Such an observation is very helpful for selection of appropriate measured modal vectors for structural health monitoring use.
In this study, the effect of parameter and modal filter errors on the vibration control characteristics of flexible structures is analyzed for IMSC ( Independent Modal Space Control). If the control force is designed on the basis of the mathematical model with the parameter and modal filter errors, the closed-loop performance of the vibration control system will be degraded depending on the magnitude of the errors. An asymptotic stability condition of the system with parameter and modal filter errors has more significant effect on the stability condition of the system with parameter and modal filter errors has been drived using Lyapunov approach. It has been found that modal filter error has more significant effect on the stability of closed-loop system than parameter error does. The extent of the response deviation of the closed-loop system is also derived and evaluated using operator thchniques.
Modal parameters of a structure are the important factor to control the missile maneuver. In general, a dummy structure is used for the modal test of missile structure instead of the real warhead and propellant because there may be the danger of a explosion by the electric shock of test equipment, such as the exciter and the power amplifier. However, the modal testing of a real missile structure is required to acquire the modal parameters and to analyze the missile performance accurately. The new test system and technique are developed to get rid of the danger and secure the safety during the testing. This test system is made of with the computer network system and controlled remote from test site. Using His new test system, the modal test of real missile structure is performed successfully and its validity is proven.
The analytical model of an engine mount system with six degrees of freedom is identified using the modal parameters obtained from the experimental modal analysis. The structural parameters, mass moment of inertia of the engine block and stiffness of the rubber mounts, of the engine mount system are determined by using the condition that the estimated model parameters should satisfy the corresponding eigenvalue problem. The simulated modal parameters of the identified analytical model are in good agreement with the measured modal parameters.
Model updating method is known to the area to correct finite element models by the results of the experimental modal analysis. Most common methods in model updating depend on a parametric model of the structure. In this case, the number of parameters is normally smaller than that of modal data obtained from an experiment. In order to overcome this limitation, many researchers are trying to get modal data as many as possible to date. 1 want to name this method multiple modified-system generation method. These Methods consist of direct system modification method and feedback controller method. The direct system modification Is to add a mass or stiffness on the original structure or perturb the boundary conditions. The feedback controller method is to make the closed food system with sensor and actuator so as to get the closed loop modal data. In this paper, we need to focus on the feedback controller method because of its simplicity. Several methods related the feedback controller methods are virtual passive controller (VPC) sensitivity enhancement controller (SEC) and mode decoupling controller (MDC). Among them, we will apply MDC to the model updating problem. MDC has various advantages compared with other controllers, such as VPC and SEC. To begin with, only the target mode can be changed without changing modal property of non-target modes. In addition, it is possible to fix any modes if the number of sensors is equal to that of the system modes. Finally, the required control power to achieve desired change of target mode is always lower than those of other methods such as VPC. However, MDC can make the closed loop system unstable when using incomplete modal data. So we need to take action to avoid undesirable instability from incomplete modal data. In this paper, we address the method to design the unique and robust MDD obtained from incomplete modal data. The associated simulation will be Incorporated to demonstrate the usefulness of this method.
Modal parameters are widely used in bridge damage detection, finite element model (FEM) updating and design optimization. However, the conventional modal identification approaches require large number of sensors, enormous data processing workload, but normally result in mode shapes with low accuracy. This paper proposes a modal identification method of time-varying vehicle-bridge system using a single sensor. Firstly, the essential physical relationship between the instantaneous frequency of the vehicle-bridge system and the bridge mode shapes are derived. Subsequently, based on the synchroextracting transform, the instantaneous frequency of the system is tracked through the dynamic response collected by a single sensor, and further the modal parameters are estimated by using the derived physical relationship. Then numerical and experimental examples are conducted to examine the feasibility and effectiveness of the proposed method. Finally, the modal parameters identified by the proposed method are applied in bridge FEM updating. The results manifest that the proposed method identifies the modal parameters with high accuracy via a single sensor, and can provide reliable data for the FEM updating.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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