The purpose of this paper is to verify a finite element model of an automotive exhaust system using Modal testing. In general, a lot of finite element models are used in initial design step of automotive development. One of them is a finite element model of an exhaust system. Verification on the finite element model of an automotive exhaust system is indispensable. In this paper, a finite element analysis on the exhaust system using MSC/NASTRAN is carried out, and the results are compared with those obtained by modal testing. By comparing MAC values of the analytical modes with the experimental modes, the finite element model of the automotive exhaust system is verified.
The acoustic performance of reactive type single expansion chamber can be calculated theoretically by plane wave theory. But higher order model should be considered to widen the frequency range. Mode matching method has been developed to consider higher order modes, but very complicated algebra should be used. Munjal suggested a numerical collocation method, which can overcome the shortcomings of mode matching method, using the compatibility conditions for acoustic pressure and particle velocity at the junctions of area discontinuities. But the restriction of Munjal's method is that the ratio between the area of inlet(or outlet) pipe and that of chamber must be natural number. In this paper, the new method was suggested to overcome the shortcomings of Munjal's method. The predictions by this method was also compared with those by the finite element method and Munjal's method in order to demonstrate the accuracy of the modified method presented here.
This study dealt with the free vibration of two identical rectangular plates coupled with fluid. In order to investigate the vibration characteristics of fluid-coupled rectangular plates, an analytical method based on the finite Fourier series expansion and Rayleigh-Ritz method was suggested. A commercial computer code, ANSYS was used to perform finite element analysis and we investigated the vibration characteristics with mode shapes and natural frequencies. As a result, the transverse vibration modes, in-phase and out-of-phase, were observed alternately in the fluid-coupled system. The effect of fluid bounding and plate boundary condition on the fluid-coupled natural frequency were investigated. It was shown that the mode numbers increased, the normalized natural frequencies monotonically increased.
Free vibration characteristics of an initially stressed CD/DVD disk, which is designed for increasing critical speeds of current optical disks, are analyzed using the Rayleigh-Ritz technique based on variational formulations. Natural frequencies of the new disk depend on membrane stresses caused by disk rotation as well as residual stresses imposed during the cooling process of the injection molding. Critical speeds are calculated for the various initial patterns of radial and circumferential stresses. Initially imposed tensile stresses increase the natural frequencies of all the vibration modes except zero nodal diameter mode, whose natural frequency is independent of circumferential stress. A new disk with initial tensile stress of 0.5MPa is shown to have its critical speed about 30 % higher than the current optical disk.
Experimental studies on the aerodynamic coupling effect on natural frequencies, critical speed and flutter instability of DVD disks are investigated in this paper. The experimental results are compared with the theoretical analyses where the aerodynamic effects are represented in terms of elastic, lift and damping and stiffness components. The experiments are performed using a vacuum chamber and DVD disks rotating in vacuum, open and enclosure with several different gaps between disk and wall. The following three results are given. One is that the aerodynamic effect by the surrounding air reduces the natural frequencies and critical speeds of the vibration modes. The second is that natural frequency decreases as the disk-wall gap is decreased. Finally, it is shown that the disk vibration is reduced as the gap between the disk and the rigid wall decreases.
This paper proposes an identification method for modes of a thin plate where multiple actuators and sensors are bonded. When a natural frequency of a mode is decoupled from all other natural frequencies, the mode can be identified separatedly with a bandpass filter. Since a thin plate has resonant peaks at natural frequencies, the bandpass filter can be designed to extract the signal of the mode to be identified. Parameters of the second order linear differential equation of the mode can be obtained to apply the Least square method to the extract the modal signal. The proposed identification method is applied to an all-clamped plate with two pairs of piezoelectric actuators and sensors. The outputs of the identified model match with the experimental data well.
This paper aims to investigate vibration frequency decrease (vibration period elongation) of reinforced concrete (RC) structure with unreinforced infill wall and reinforced infill wall exposed to progressively increased artificial earthquake load on shaking table. For this purpose, two shaking table experiments were selected as a case study. Shaking table experiments were carried on 1:1 scaled prototype one bay one storey RC structure with infill walls. The purpose of this shaking table experiment sequence is to assess local behavior and progressive collapse mechanism. Frequency decrease and eigen-vector evolution are directly related to in-plane and out-of-plane bearing capacities of infill wall enclosure with reinforced concrete frame. Firstly, frequency decrease-damage relationship was evaluated on the base of experiment results. Then, frequency decrease and stiffness degradation were evaluated with applied Peak Ground Acceleration (PGA) by considering strength deterioration. Lastly, eigenvector evolution-local damage and eigenvector evolution-frequency decrease relationship was investigated. Five modes were considered while evaluating damage and frequency decrease of the tested specimens. The relationship between frequency decrease, stiffness degradation and damage level were presented while comparing with Unreinforced Brick Infill (URB) and Reinforced Infill wall with Bed Joint Reinforcement (BJR) on the base of natural vibration frequency.
This paper describes the prediction of eigenfrequencies due to changes in stiffness and mass in the connection area of the lap joint beam in terms of linear and torsional stiffness as well as connection length. The sensitivities of mass and stiffness in the finite element model were derived by using the first-order differential and algebraic equation and were thereafter applied to obtain new natural frequencies that were compared with theoretical exact solutions. Newly predicted natural frequencies due to only a change in stiffness were in relatively good agreement with those in lower modes for rigid joints, while further investigation was needed for flexible joints. On the other hand, only the change in mass resulted in a large discrepancy in the flexible joint case. It may be strongly anticipated that this study will provide a useful tool for estimating modal parameters by change in any design variable, such as the structural dimension, material property, or connection type for a large-scale structure, even though the proposed methodology is currently limited to a jointed beam.
In this paper, the effect of magnetic field on the vibration behavior of a Magnetorheological elastomer (MRE) sandwich MEMS actuated by electrostatic actuation with conductive skins are examined within the multiple scales (MMS) perturbation method. Magnetorheological smart materials have been widely used in vibration control of various systems due to their mechanical properties change under the influence of different magnetic fields. To investigate the vibrational behavior of the movable electrode, the Euler-Bernoulli beam theory, as well as Hamilton's principle is used to derive the equations and the related boundary conditions governing the dynamic behavior of the system are applied. The results of this study show that by placing the Magnetorheological elastomer core in the movable electrode and applying different magnetic fields on it, its natural vibrational frequency can be affected so that by increasing the applied magnetic field, the system's natural frequency increases. Also, the effect of various factors such as the electric potential difference between two electrodes, changes in the thickness of the core and the skins, electrode length, the distance between two electrodes and also change in vibration modes of the system on natural frequencies have been investigated.
In the SG (steam generator) of PWR (pressurized water reactor) for a nuclear plant, hundreds of U-shaped tubes are used for the heat exchanger system. They interact with primary pressurized cooling water flow, generating flow-induced vibration in the secondary flow region. A simplified U-tube model is proposed in this study to apply for experiment and its counterpart computation. Using the commercial code, ANSYS-CFX, we first verified the Moody chart, comparing the straight pipe theory with the results derived from CFD (computational fluid dynamics) analysis. Considering the virtual mass of fluid, we computed the major modes with the low natural frequencies through the comparison with impact hammer test, and then investigated the effect of pump flow in the frequency domain using FFT (fast Fourier transform) analysis of the experimental data. Using two-way fluid-structure interaction module in the CFD code, we studied the influence on mean flow rate to generate the displacement data. A feasible CFD method has been setup in this research that could be applied potentially in the field of nuclear thermal-hydraulics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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