Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sani, Ahmad Aftabi;Hozhabrossadati, Seyed Mojtaba
Smart Structures and Systems
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제21권3호
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pp.349-358
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2018
This paper investigates the free vibration analysis of double-beam system coupled by a two-degree-of-freedom mass-spring system. In order to generalize the model, the main beams are assumed to be elastically restrained against translation and rotation at one end and free at the other. Furthermore, the mass-spring system is elastically connected to the beams at adjustable positions by means of four translational and rotational springs. The governing differential equations of the beams and the mass-spring system are derived and analytically solved by using the Fourier transform method. Moreover, as a second way, a finite element solution is derived. The frequency parameters and mode shapes of some diverse cases are obtained using both methods. Comparison of obtained results by two methods shows the accuracy of both solutions. The influence of system parameters on the free vibration response of the studied mechanical system is examined.
In this paper, cycle performance analysis of R744($CO_2$) two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include superheating degree, compressor efficiency, gas cooling pressure, mass flowrate ratio, outlet temperature of gas cooler and evaporating temperature in the carbon dioxide two-stage refrigeration cycle. The main results were summarized as follows : The cooling capacity of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system increases with the increasing superheating degree, compressor efficiency and gas cooling pressure, but decreases with the increasing mass flowrate ratio and evaporating temperature. The compression work of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system increases with the increasing superheating degree, outlet temperature of gas cooler, gas cooling pressure and evaporating temperature, but decreases with the increasing compressor efficiency and mass flowrate ratio. The COP of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system increases with the increasing compressor efficiency, but decreases with the increasing superheating degree, gas cooling pressure, mass flowrate ratio and evaporating temperature. Therefore, superheating degree, compressor efficiency, gas cooling pressure, mass flowrate ratio, outlet temperature of gas cooler and evaporating temperature of R744($CO_2$) two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system have an effect on the cooling capacity, compressor work and COP of this system.
Increasing requirements for the high quality of industrial robot performance made the vibration control issue very important because the vibration makes it difficult to achieve quick response of robot motion and may bring mechanical damage to the robot. This paper presents the vibration mechanism of an industrial robot which has flexible joints. The joint flexibility of the robot is modeled as a two-mass system and its dynamic characteristics are analysed. And some characteristics of the two-mass system, especially for the joint of industrial robots, such as disturbance, non-linearity and time-varying characteristics are studied. And finally, some considerations on controller design for the flexible joint of industrial robots are discussed.
Due to the complexity of mathematical expressions, the literature concerning the free vibration analysis of plates carrying multiple three-degree-of-freedom (dof) spring-mass systems is rare. In this paper, the three degrees of freedom (dof's) for a spring-mass system refer to the translational motion of its lumped mass in the vertical ($\bar{z}$) direction and the two pitching motions of its lumped mass about the two horizontal ($\bar{x}$ and $\bar{y}$) axes. The basic concept of this paper is to replace each three-dof spring-mass system by a set of equivalent springs, so that the free vibration characteristics of a rectangular plate carrying any number of three-dof spring-mass systems can be obtained from those of the same plate supported by the same number of sets of equivalent springs. Since the three dof's of the lumped mass for each three-dof spring-mass system are eliminated to yield a set of equivalent springs, the total dof of the entire vibrating system is not affected by the total number of the spring-mass systems attached to the rectangular plate. However, this is not true in the conventional finite element method (FEM), where the total dof of the entire vibrating system increases three if one more three-dof spring-mass system is attached to the rectangular plate. Hence, the computer storage memory required by using the presented equivalent spring method (ESM) is less than that required by the conventional FEM, and the more the total number of the three-dof spring-mass systems attached to the plate, the more the advantage of the ESM. In addition, since manufacturing a spring with the specified stiffness is much easier than making a three-dof spring-mass system with the specified spring constants and mass magnitude, the presented theory of replacing a three-dof spring-mass system by a set of equivalent springs will be also significant from this viewpoint.
In this paper, using $\mu$ synthesis algorithm with structured uncertainty, we design controller and apply it for the Two-Inertia resonance(TMS: Two Mass Spring) system. The TMS system is one of the simplest models which generate a torsional vibration. In this system, it is required to design a controller achieving the control performance while suppressing the torsional vibration. Furthermore, when vibration frequency for the system is varying by reason of parameter variations, we should consider parameter variations in controller design. Then, we design two other controller schemes of the PI controller and the standard $H_{\infty}$ controller and compare these controllers with the controller designed by the $\mu$ synthesis robust control method by using simulations and experiments.
Coefficient of performance (COP) for two-stage compression system is investigated in this paper to develop seawater ice machine. The system performance is analyzed with respect to degrees of superheating and subcooling, condensing and evaporating temperatures, compression and mechanical efficiencies and mass flow ratio in an inter-cooler. The main results are summarized as follows : The COP of the system grows when the mass flow ratio, subcooling degree and evaporating temperature edge up. Contrariwise, the system performance descends in case that superheating degree and condensing temperature increase. The most effective factor for the COP is the mass flow rate ratio. Each refrigerant has different limitation for a value of the mass flow ratio in the inter-cooler because of difference in material property.
Quickness and precision are the two most important requirements for an industrial scale used in production lines. In this paper, a new approach, "Dynamic-Mass measurement control System of Acceleration and Displacement(DMS-AD) sensing", is presented to improve some of drowbacks in conventional scales. The system, consisted of acceleration and displace- ment sensors, spring scale and microcomputer, is based on full utilization of dynamic mass measurement of acceleration and displacement via microcomputer-assisted real time monitoring. The rsulting system, when combined with appropriate dynamic mass estimation algorithm software, has shown its effectiveness in terms of two desirable characteristics required. required.
In this paper a novel estimation algorithm of mechanical parameters in two-mass system is proposed. The inertia of a load and a motor and the stiffness are estimated by using RLS (Recursive Least Square) algorithm and acceleration information of motor. The effectiveness of the proposed scheme is verified with simulation and experiments results.
In this research, a MEMS vibratory gyroscope with dual-mass system in the sensing mode has been proposed to increase the stability of the device using wide bandwidth. A wide flat region between the two resonance peaks of the dual-mass system removes the need for a frequency matching typically required for single mass vibratory gyroscopes. Bandwidth, mass ratio, spring constant, and frequency response of the dual-mass system have been analyzed with MATLAB and ANSYS simulation. Designed first and second peaks of sensing mode are 5,917 and 8,210Hz, respectively. Driving mode resonance frequency of 7,180Hz was located in the flat region between the two resonance peaks of the sensing mode. The device is fabricated with anodically bonded silicon-on-glass substrate. The chip size is 6mm x 6mm and the thickness of the silicon device layer is $50{\mu}m$. Despite the driving mode resonance frequency decrease of 2.8kHz and frequency shift of 176Hz from the sensing mode due to fabrication imperfections, measured driving frequency was located within the bandwidth of sensing part, which validates the utilized dual-mass concept. Measured bandwidth was 768Hz. Sensitivity calculated with measured displacement of driving and sensing parts was 22.4aF/deg/sec. Measured slope of the sensing point was 0.008dB/Hz.
Motivated by a simpler and more compact hybrid active tuned mass damper (ATMD) system with wide frequency spacing (i.e., high robustness) but not reducing the effectiveness using the least number of ATMD units, the active tuned tandem mass dampers (ATTMD) have been proposed to attenuate undesirable oscillations of structures under the ground acceleration. Likewise, it is expected that the frequency spacing of the ATTMD is comparable to that of the active multiple tuned mass dampers (AMTMD) or the multiple tuned mass dampers (MTMD). In accordance with the mode generalised system in the specific vibration mode being controlled (simply referred herein to as the structure), the closed-form expression of the dimensionless displacement variances has been derived for the structure with the attached ATTMD. The criterion for the optimum searching may then be determined as minimization of the dimensionless displacement variances. Employing the gradient-based optimization technique, the effects of varying key parameters on the performance of the ATTMD have been scrutinized in order to probe into its superiority. Meanwhile, for the purpose of a systematic comparison, the optimum results of two active tuned mass dampers (two ATMDs), two tuned mass dampers (two TMDs) without the linking damper, and the TTMD are included into consideration. Subsequent to work in the frequency domain, a real-time Simulink implementation of dynamic analysis of the structure with the ATTMD under earthquakes is carried out to verify the findings of effectiveness and stroke in the frequency domain. Results clearly show that the findings in the time domain support the ones in the frequency domain. The whole work demonstrates that ATTMD outperforms two ATMDs, two TMDs, and TTMD. Thereinto, a wide frequency spacing feature of the ATTMD is its highlight, thus deeming it a high robustness control device. Furthermore, the ATTMD system only needs the linking dashpot, thus embodying its simplicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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