Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.409-420
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2002
This paper proposed a technique of structural re-analysis for the evaluation of dynamic responses of bridge structure under moving loads using experimental modal results. For successful structural re-analysis, it is required to have accurate estimation techniques of the modal characteristics of bridge structures. The natural frequencies and mode shapes were identified by direct fourier analysis techniques and damping ratios by the random decrement method, respectively. An interpolation method was also proposed for the extension of mode shape measured on limited DOFs. Second, the structural reanalysis was performed using moving mass model and identified modal parameters. The results from the reanalysis show that the proposed technique is very reasonable to evaluate the actual behavior of bridge structures under moving loads.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.4
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pp.21-29
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1987
In this paper the liquid sloshing effects in vertical storage tanks under earthquake loadings are studied. The study focuses on the investigation of the effect of the flexibility of the tank wall on the hydrodynamic forces exerted on it. The tank structure is modelled using finite elements. The motion of the liquid is expressed by the Laplace equation. The equation of motion of the fluid shell system is formulated including the coupling effect between the shell motion and the sloshing motion. A procedure is developed to obtain the natural frequencies and the mode shapes of the sloshing motion as well as the shell vibration. Dynamic analyses have been carried out for several tanks with different dynamic characteristics utilizing the time history method as well as the response spectra method.
A vibration-based nondestructive damage evaluation technique for a curved thin beam is introduced. The proposed method is capable of detecting, locating, and sizing structural damage simultaneously by using a few of the lower natural frequencies and their corresponding mode shapes before and after a small damage event. The proposed approach utilizes modal flexibilities reconstructed from measured modal parameters. A rigorous system of equations governing damage and curvature of modal flexibility is derived in the context of elasticity. To solve the resulting system of governing equations, an efficient pseudo-inverse technique is introduced. The direct inspection of the resulting solutions provides the location and severity of damage in a curved thin beam. This study confirms that there is a strong linear relationship between the curvature of modal flexibility and flexural damage in the selected class of structures. Several numerical case studies are provided to justify the performance of the proposed approach. The proposed method introduces a way to avoid the singularity and mode selection problems from earlier attempts.
In this work, a simple four-variable trigonometric shear deformation model with undetermined integral terms to consider the influences of transverse shear deformation is applied for the dynamic analysis of anti-symmetric laminated composite and soft core sandwich plates. Unlike the existing higher order theories, the current one contains only four unknowns. The equations of motion are obtained using the principle of virtual work. The analytical solution is determined by solving the eigenvalue problem. The influences of geometric ratio, modular ratio and fibre angle are critically evaluated for different problems of laminated composite and sandwich plates. The eigenfrequencies obtained using the current theory are verified by comparing the results with those of other theories and with the exact elasticity solution, if any.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.602-608
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2002
The flexible structure like solar array and antenna in spacecraft shows very sensitive responses to the inner or outer disturbance and noise. And the spacecraft becomes more complex and larger as it has various mission and role. But since the spacecraft need to have the limited mass, the thin and light material should be selected and this necessity induces the decrease d natural frequency and structural stiffness. It reduces the ability of adapting to the disturbance and induces the structural unstability. Certainly, the disturbance does not only make the structural unstability, but also give the bad effect to the precise attitude control. So it is necessary to control the vibration in the space. In this paper, the flexible structure control modeling with piezo sensor and piezo actuator is developed. The model uncertainty of damping ratio is overcome by robust control. The system equation is induced by the finite element method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.3
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pp.789-798
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1991
본 연구에서는 원통형 구조물의 진동해석을 위하여 통계에너지 분석방식(st- atistical energy analysis:SEA)이 사용되었다. SEA는 4개의 물리적 변수인 구조물 질량(Mi), 주파수대역에 존재하는 고유진동수(Ni), 내부손실계수(internal loss fact- or) 및 상호손실계수(coupling loss factor)를 이용하여 구조물의 진동수준과 구조물 상호간의 에너지 교환을 해석하는 방법으로서 비록 넓은 주파수 범위에 걸쳐 정확한 진동예측을 하기에는 어느정도 오차가 예상되는 단점이 있으나 진동해석이 용이하고 복잡한 계산을 필요로 하지 않기 때문에 대형구조물의 진동해석에 많이 사용되고 있 는 기법이다. 따라서 연구의 대상인 원통형 구조물의 고유진동수를 예측하기 위하여 일차적으로 반경에 의한 곡률영향을 배제시킨 평판에 대한 분석이 시도되었다. 이와 함께 주어진 주파수 대역에 걸쳐 평판및 원통형 구조물의 고유진동수의 차이를 비교하 였다.그결과로부터 원통형 구조물에 대한 고유진동수 계산식을 평판구조물의 굽힘 강성과 곡률반경으로 야기되는 표면응력에 의한 함수로 표현하였다.
This research proposes an implementation method of linearized equations of motion for multibody systems with closed loops. The null space of the constraint Jacobian is first pre multiplied to the equations of motion to eliminate the Lagrange multiplier and the equations of motion are reduced down to a minimum set of ordinary differential equations. The resulting differential equations are functions of all relative coordinates, velocities, and accelerations. Since the coordinates, velocities, and accelerations are tightly coupled by the position, velocity, and acceleration level constraints, direct substitution of the relationships among these variables yields very complicated equations to be implemented. As a consequence, the reduced equations of motion are perturbed with respect to the variations of all coordinates, velocities, and accelerations, which are coupled by the constraints. The position, velocity and acceleration level constraints are also perturbed to obtain the relationships between the variations of all relative coordinates, velocities, and accelerations and variations of the independent ones. The perturbed constraint equations are then simultaneously solved for variations of all coordinates, velocities, and accelerations only in terms of the variations of the independent coordinates, velocities, and accelerations. Finally, the relationships between the variations of all coordinates, velocities, accelerations and these of the independent ones are substituted into the variational equations of motion to obtain the linearized equations of motion only in terms of the independent coordinate, velocity, and acceleration variations.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.6
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pp.49-56
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2000
Due to the rapid increase of long-distance transportation, particular attentions have been paid to truck tires, especially to their dynamic characteristics. In this research, experimental modal analysis on two kinds of light-duty truck tires, i.e., radial tire and bias tire, are performed by using GRFP(global rational fraction polynomial) method to investigate differences of the dynamic behavior of the two tires. The test results have shown that the modal frequencies of bias tire are much higher than the corresponding values of radial tire with a similar mode shape, which is in accordance with the fact that the radial rigidity of bias tire is higher than that of radial tire. And most of the modal decay rates of bias tire are larger than those of radial tire within the scope of this experiment. In the frequency domain range of test, the bias tire has extra modes, which do not occur in the radial tire. This difference is based on the fact that the circumferential rigidity of the bias tire is quire low whereas that of radial tire is so high that the frequencies of the corresponding modes are out of the frequency range of test.
Across-wind aerodynamic damping ratios are identified from the wind-induced acceleration responses of 15 aeroelastic models of rectangular super-high-rise buildings in various simulated wind conditions by using the random decrement technique. The influences of amplitude-dependent structural damping ratio and natural frequency on the estimation of the aerodynamic damping ratio are discussed and the identifying method for aerodynamic damping is improved at first. Based on these works, effects of turbulence intensity $I_u$, aspect ratio H/B, and side ratio B/D on the across-wind aerodynamic damping ratio are investigated. The results indicate that turbulence intensity and side ratio are the most important factors that affect across-wind aerodynamic damping ratio, whereas aspect ratio indirectly affects the aerodynamic damping ratio by changing the response amplitude. Furthermore, empirical aerodynamic damping functions are proposed to estimate aerodynamic damping ratios at low and high reduced speeds for rectangular super-high-rise buildings with an aspect ratio in the range of 5 to 10, a side ratio of 1/3 to 3, and turbulence intensity varying from 1.7% to 25%.
The natural frequencies of continuous systems depend on the governing partial differential equation and can be numerically estimated using the finite element method. The accuracy and convergence of the finite element method depends on the choice of basis functions. A basis function will generally perform better if it is closely linked to the problem physics. The stiffness matrix is the same for either static or dynamic loading, hence the basis function can be chosen such that it satisfies the static part of the governing differential equation. However, in the case of a rotating beam, an exact closed form solution for the static part of the governing differential equation is not known. In this paper, we try to find an approximate solution for the static part of the governing differential equation for an uniform rotating beam. The error resulting from the approximation is minimized to generate relations between the constants assumed in the solution. This new function is used as a basis function which gives rise to shape functions which depend on position of the element in the beam, material, geometric properties and rotational speed of the beam. The results of finite element analysis with the new basis functions are verified with published literature for uniform and tapered rotating beams under different boundary conditions. Numerical results clearly show the advantage of the current approach at high rotation speeds with a reduction of 10 to 33% in the degrees of freedom required for convergence of the first five modes to four decimal places for an uniform rotating cantilever beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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