Kim Yong-Yook;Kapania Rakesh K.;Johnson Eric R.;Palmer Matthew E.;Kwon Tae-Kyu;Hong Chul-Un;Kim Nam-Gyun
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.2
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pp.251-261
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2006
The objective of this work is to apply artificial neural networks for solving inverse problems in the structural optimization of a fiber optic pressure sensor. For the sensor under investigation to achieve a desired accuracy, the change in the distance between the tips of the two fibers due to the applied pressure should not interfere with the phase change due to the change in the density of the air between the two fibers. Therefore, accurate dynamic analysis and structural optimization of the sensor is essential to ensure the accuracy of the measurements provided by the sensor. To this end, a normal mode analysis and a transient response analysis of the sensor were performed by combining commercial finite element analysis package, MSC/NASTRAN, and MATLAB. Furthermore, a parametric study on the design of the sensor was performed to minimize the size of the sensor while fulfilling a number of constraints. In performing the parametric study, the need for a relationship between the design parameters and the response of the sensor was fulfilled by using a neural network. The whole process of the dynamic analysis using commercial finite element analysis package and the parameter optimization of the sensor were automated within the MATLAB environment.
In the development of a high speed and light weight manipulator, it is necessary to consider the structural elasticity of a robotic arm. The analysis of the infinite mode dynamic of robotic arm must be performed to obtain the finite mode modelling to achieve the feasible controller design of the robotic arm. The modelling procedure of the robotic arm is also illustrated. The controlled mode of the modelled dynamic can be derived by truncating the higher vibrational mode to result in the low order system for the sampling in the control signal is confined to the higher mode. And it is controlled by the pole assignment which can compensate the unmodelled dynamic effects. The unmodelled dynamic can result in the instability of the controlled system, which is known as spillover. The controller design of the low order system is simulated by the pole assignment and optimal control theory.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.2
no.2
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pp.60-66
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2003
For the estimation of chatter lobe boundary it is very important to calculate the natural mode of cutting process. There are many time series algorithms for getting the natural mode of structural endmilling dynamics considering the cutting process. In this study, we have compared several time series methods such as AR algorithm, ARX, ARMAX, ARMA, Box Jenkins, Output Error, Recursive ARX, Recursive ARMAX considering the sampling frequency. As a results, the ARX, ARMAX and IV 4 are more desirable algorithms for the calculation of modal parameters such as natural frequency and damping ratio In endmilling operation. Also these algorithms may be adopted for the natural mode estimation of endmilling operation for chatter lobe prediction.
Results pertaining to 3D investigations on the effect of the thickness on the stress fields at the crack front are presented. A 3D finite element analysis is performed using a modified single edge-notched tension specimen configuration, with an inclined crack to include mixed mode I-II. A technique to mesh the crack front (3D) with singular finite elements in ANSYS without using third party software is introduced and used in this study. The effect of the specimen thickness is explicitly investigated for six thicknesses ranging from 1 to 32 mm. In addition, three crack inclination angles, including pure Mode-I, are used to study the effect of mixed-mode I-II fracture. An attempt is made to correlate the extent of a particular stress state along the crack front to thickness. In addition, ${\sigma}_{zz}/{\nu}({\sigma}_{xx}+{\sigma}_{yy})$ contours at the crack front are presented as a useful means to analyze the stress state.
This study investigates the identification of added mass and its location in the glass fiber reinforced polymer (GFRP) beam structures. The main emphasis of this paper is to ascertain the importance of inclusion of rotational degrees of freedom (dofs) in the introduction of added mass or damage identification. Two identification indices that include the rotational dofs have been introduced in this paper: the modal force index (MFI) and the modal rotational curvature index (MRCI). The MFI amplifies damage signature using undamaged numerical stiffness matrix which is related to changes in the altered mode shapes from the original mode shapes. The MRCI is obtained by using a higher derivative of rotational mode shapes. Experimental and numerical results are compared with the existing methods leading to a conclusion that the contributions of the rotational modes play a key role in the identification of added mass. The authors believe that the similar results are likely in the case of damage identification also.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.2
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pp.184-191
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2009
This study examined small-size specimen's effectiveness that is used to evaluate floor impact sound performance. Floor impact sound level of small-size specimen is higher than full-size. This is due to excessive impact power of Bang machine. Impact hammer that has small impact power relatively can solve this problem. But, according to the size of specimen, mode shape and frequency that influence to structural borne sound is changed. Slab mode of full-size specimen was changed to frequency design of resilient materials. But in case of small-size specimen, there is no change of vibration mode by resilient materials change, Vibration mode of small-size specimen is the same. Therefore, it is not proper that use small-size specimen in floor impact sound estimation.
This paper depicts the diagram of cylindrical shells as an essential idea. It centers around an outline of exploration and use of cylindrical shell in expansive current circumstance. In view of investigation of the current and prospect of model as a piece of present exploration work, a straightforward contextual analysis is examined with Love's shell theory based on Galerkin's method. The cylindrical shells are attached from one end of the cylindrical shells. The frequencies of ring support shells are investigated against the half axial wave mode. The frequencies increase on increasing the half axial wave mode. Also, the frequencies are downsized with ring supports. The software MATLAB is preferred to others because in this software computing coding is very easy to do. Just single command 'eig' furnishes shell frequencies and mode shapes by calculating eigenvalues and eigenvectors respectively. The shell vibration frequencies for cylindrical shells are compared with those results found in the open literature.
In modal analysis, the mode shape reflects the vibration characteristics of the structure, and thus it is widely performed for finite element model updating and structural health monitoring. Generally, the acceleration-based mode shape is suitable to express the characteristics of structures for the translational vibration; however, it is difficult to represent the rotational mode at boundary conditions. A tilt sensor and gyroscope capable of measuring rotational mode are used to analyze the overall behavior of the structure, but extracting its mode shape is the major challenge under the small vibration always. Herein, we conducted a feasibility study on a multi-mode shape estimating approach utilizing a single physical quantity signal. The basic concept of the proposed method is to receive multi-metric dynamic responses from two sensors and obtain mode shapes through bridge loading test with relatively large deformation. In addition, the linear transformation matrix for estimating two mode shapes is derived, and the mode shape based on the gyro sensor data is obtained by acceleration response using ambient vibration. Because the structure's behavior with respect to translational and rotational mode can be confirmed, the proposed method can obtain the total response of the structure considering boundary conditions. To verify the feasibility of the proposed method, we pre-measured dynamic data acquired from five accelerometers and five gyro sensors in a lab-scale test considering bridge structures, and obtained a linear transformation matrix for estimating the multi-mode shapes. In addition, the mode shapes for two physical quantities could be extracted by using only the acceleration data. Finally, the mode shapes estimated by the proposed method were compared with the mode shapes obtained from the two sensors. This study confirmed the applicability of the multi-mode shape estimation approach for accurate damage assessment using multi-dimensional mode shapes of bridge structures, and can be used to evaluate the behavior of structures under ambient vibration.
Kim Gun-Ho;Won Young-Jun;Sakakur Keigo;Fujimot Takehiro;Nishioka Toshihisa
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.4
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pp.474-482
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2006
Generally almost all fatigue crack growth is affected by mode I. For this reason a study on mode I has concentrated in the field of fracture mechanics. However the fatigue crack initiation and growth in machines and structures usually occur in mixed mode loading. If there is any relationship between the cause of fracture in mixed mode loading and fracture surface, fracture surface pattern will be the main mean explaining reasons of fatigue fracture and obtaining further information about fracture process. In this paper low point shear-fatigue test with Aluminum alloy hi 5083-O is carried out from this prospect and then the mixed mode distribution of fracture surface is examined from the result after identifying the generation of fatigue crack surface pattern. It was found from the experimental results that the fatigue crack surface pattern and the fatigue crack shear direction are remarkably consistent. Furthermore It is possible that the analysis of distribution of mixed mode through the fatigue crack surface pattern.
Zhang, Dichuan;Fleischman, Robert B.;Lee, Deuckhang
Computers and Concrete
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v.25
no.3
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pp.273-282
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2020
A new seismic design methodology for precast concrete diaphragms has been developed and incorporated into the current American seismic design code. This design methodology recognizes that diaphragm inertial forces during earthquakes are highly influenced by higher dynamic vibration modes and incorporates the higher mode effect into the diaphragm seismic design acceleration determination using a first mode reduced method, which applies the response modification coefficient only to the first mode response but keeps the higher mode response unreduced. However the first mode reduced method does not consider effects of diaphragm flexibility, which plays an important role on the diaphragm seismic response especially for the precast concrete diaphragm. Therefore this paper investigated the effect of diaphragm flexibility on the diaphragm seismic design acceleration for precast concrete shear wall structures through parametric studies. Several design parameters were considered including number of stories, diaphragm geometries and stiffness. It was found that the diaphragm flexibility can change the structural dynamic properties and amplify the diaphragm acceleration during earthquakes. Design equations for mode contribution factors considering the diaphragm flexibility were first established through modal analyses to modify the first mode reduced method in the current code. The modified first mode reduced method has then been verified through nonlinear time history analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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