Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.2
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pp.89-96
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2001
A study on the topology optimization of a Hard-Disk-Driver(HDD) actuator arm is presented. The purpose of the present wert is to increase the natural frequency of tole first lateral mode of the HDD actuator arm under the constraint of total moment of inertia, so as to facilitate the position control of the high speed actuator arm. The first lateral mode is an important factor in the position control process. Thus the topology optimization for 2-D model of the HDD actuator arm is considered. A new objective function corresponding to multieigenvalue optimization is suggested to improve the solution of the eigenvalue optimization problem. The material density of the structure is treated as the design variable and the intermediate density is penalized. The effects of different element types and material property functions on the final topology are studied. When the problem is discretized using 8-node element of a uniform density, tole smoothly-varying density field is obtained without checker-board patterns incurred. AS a result of 7he study, an improved design of the HDD actuator arm is suggested. Dynamic characteristics of the suggested design are compared computationally with those of the old design. With the same amount of the moment of inertia, the natural frequency of the first lateral mode of the suggested design is subsequently increased over the existing one.
In this paper, the structural health monitoring (SHM) benchmark problem of the Canton tower is studied. Based on the field monitoring data from the 20 accelerometers deployed on the tower, some modal frequencies and mode shapes at measured degrees of freedom of the tower are identified. Then, these identified incomplete modal data are used to update the reduced finite element (FE) model of the tower by a novel algorithm. The proposed algorithm avoids the problem of subjective selection of updated parameters and directly updates model stiffness matrix without model reduction or modal expansion approach. Only the eigenvalues and eigenvectors of the normal finite element models corresponding to the measured modes are needed in the computation procedures. The updated model not only possesses the measured modal frequencies and mode shapes but also preserves the modal frequencies and modes shapes in their normal values for the unobserved modes. Updating results including the natural frequencies and mode shapes are compared with the experimental ones to evaluate the proposed algorithm. Also, dynamic responses estimated from the updated FE model using remote senor locations are compared with the measurement ones to validate the convergence of the updated model.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.6
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pp.34-48
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2004
In this paper an optimization algorithm is suggested to reduce the huge computation time in the optimum design of large structures, especially in spacecraft structures. It combines the coupled load analysis model using a constrained mode of component mode synthesis and the modal transient analysis. The computer simulation code is developed and evaluated in optimizing spacecraft platforms. The developed algorithm can alleviate the computational load with adequate accuracy. From the optimization of a spacecraft structural member, the characteristics of each structural member can be understood.
The beam string structure (BSS) has been widely applied in large span roof structures, while no analytical solutions of BSS were derived for it in the existing literature. In the first part of this paper, calculation formulas of displacement and internal forces were obtained by the Ritz-method for the most commonly used arc-shaped BSS under the vertical uniformly distributed load and the prestressing force. Then, the failure mode of BSS was proposed based on the static equilibrium. On condition the structural stability was reliable, BSS under the uniformly distributed load would fail by tensile strength failure of the string, and the beam remained in the elastic or semi-plastic range. On this basis, the limit load of BSS was given in virtue of the elastic solutions. In order to verify the linear elastic and limit state solutions proposed in this paper, three BSS modal were tested and the corresponding elastoplastic large deformation analysis was performed by the ANSYS program. The proposed failure mode of BSS was proved to be correct, and the analytical results for the linear elastic and limit state were in good agreement with the experimental and FEM results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.2
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pp.339-348
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1990
Techniques which are able to predict and control dynamic characteristics, not affecting the vibrational characteristics on the modification of structural design, are being studied. As one of these techniques, experimental modal analysis is widely applied by many researchers. In this study, modal analysis is performed using transfer matrix method by a macro computer. The developed program would estimate the structural modal parameters precisely, and the validity of this program is certified by comparing with the experimental results of .GAMMA A. structure. Estimated modal parameters(natural frequency, vibrational mode, equivalent mass, etc.) are in accord with the experimental results. Also, the optimal location of the additive mass is determined by the evaluation of the vibrational mode and the equivalent mass. The relation between the additive mass and the equivalent mass is specified, and we come to know that the ratio of equivalent mass to additive mass alter linearly within the range of 20%.
Kim, Sang-Ryul;Lee, Jong-Won;Kim, Bong-Ki;Lee, Jun-Shin
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.7
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pp.667-675
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2012
A damage estimation method for support structure of offshore wind turbine using modal parameters is presented for effective structural health monitoring. Natural frequencies and mode shapes for a support structure with monopile of an offshore wind turbine were calculated considering soil condition and added mass. A neural network was learned based on training patterns generated by the changes of natural frequency and mode shape due to various damages. Natural frequencies and mode shapes for 10 prospective damage cases were input to the trained neural network for damage estimation. The identified damage locations and severities agreed reasonably well with the accurate damages. Multi-damage cases could also be successfully estimated. Enhancement of estimation result using another parameters as input to neural network will be carried out by further study. Proposed method could be applied to other type of support structure of offshore wind turbine for structural health monitoring.
Kim, Min-Seong;Kim, Tae-Soo;Kim, Seung-Hun;Lee, Yong-Taeg
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.1
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pp.29-39
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2011
With regard to steel construction, many studies have been performed to examine the structural behavior of the bolted connections domestically and in other countries. Especially, a domestic study was conducted on the block shear fracture and shear lag effect on the single-bolted angle connection in carbon steel. In this study, specimens were prepared with the end distance parallel to the loading direction and bolt arrangement ($1{\times}1$, $1{\times}2$), as the main variables. Then the fracture mode and the curling effect on the bolted angle connection in austenitic stainless steel were investigated. Moreover, the fracture mode and ultimate strength were compared, and the strength reduction by curling was estimated.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.1
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pp.48-58
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2002
There is a purpose of this study for the proposal of the optimum technique utilized for the vibration design initial step. The stiffened plate structure for the ship hull is made for analysis model. To begin with, dynamic characteristics of stiffened plate structure is analysed using FEM. Main vibrational mode of the structure is decided in the analytical result of FEM. The simplified equation on the natural frequency of the main vibrational mode is induced. Next, sensitivity analysis is carried out using the simplified equation, and rate of change of dynamic characteristics is calculated. Then, amount of design variable is calculated using this sensitivity value and optimum structural modification method. The change of natural frequency is made to be an objective function. Thickness of panel, cross section moment of stiffener and girder become a design variable. The validity of the optimization method using simplified equation is examined. It is shown that the result effective in the optimum modification for natural frequency of the stiffened plate structure.
Most of studies, using ESPI method, have handled tension, thermal and vibration analysis, and is limited to isotropic materials. However, tension and vibration simultaneously are loaded in real structure. Also, almost study using ESPI method is locally limited to the analysis on the isotropic materials and a few studies on the anisotropic materials have reported. Existing methods, such as the accelerometer method and FEA method, to analyze vibration have some disadvantages. Using the accelerometer method that is generally used to analyze vibration phenomena, it is impossible to analyze vibration on the oscillating body and one can observe no vibration mode shape during experiment. In case of the FEA method, it is difficult to define boundary conditions correctly if the shape of a body tested is complex, and one can just obtain vibration mode shapes on the peak amplitude in each modes. In this study, plane plate of stainless steel(STS304), isotropic material, that is used as structural steel is analyzed about vibration characteristics under tension. Also, in the study of stainless steel, the characteristics of composite material(AS4/PEEK) used as high strength structural material in aircraft is evaluated about vibration under tension, and studies the effect of tension on vibration.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.7
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pp.481-486
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2015
This paper provides how to solve the problems analytically and experimentally that occur for testing the water injection pump under development. First of all, water injection pump, based on shaft system dynamic analysis, is verified by measuring the behavior of the shaft system. After the water injection pump is measured, the structural resonances which can cause excessive noise, degradation the equipment life and malfunction are found. Therefore, by changing the structural design, the reso- nance should be avoided. Application of the design variables to the experimentally resonance avoid- ance is difficult. So analytically, with application of the design variables, the design will be changed with mode analysis using FEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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