The damage localization of the structural system using the natural frequency measurement only is proposed. The existing methods use the changes of mode shape, strain mode shape or curvature mode shape before and after the damage occurrence as these shapes carry the geometric information of the structure. Basically, the change of natural frequencies of the structure can be used as the indicator of the damage occurrence but not as the indicator of the damage location as the natural frequency changes does not carry the geometric information of the structure. In this research, the feedback scope method that measures the natural frequency changes of the structure with and without the feedback Ioo...
The optimal design of multiple tuned mass dampers (multiple TMD's) to suppress multi-mode structural response of beams and floor structures was investigated. A new method using a numerical optimizer, which can effectively handle a large number of design variables, was employed to search for both optimal placement and tuning of TMD's for these structures under wide-band loading. The first design problem considered was vibration control of a simple beam using 10 TMD's. The results confirmed that for structures with widelyspaced natural frequencies, multiple TMD's can be adequately designed by treating each structural vibration mode as an equivalent SDOF system. Next, the control of a beam structure with two closely-spaced natural frequencies was investigated. The results showed that the most effective multiple TMD's have their natural frequencies distributed over a range covering the two controlled structural frequencies and have low damping ratios. Moreover, a single TMD can also be made effective in controlling two modes with closely spaced frequencies by a newly identified control mechanism, but the effectiveness can be greatly impaired when the loading position changes. Finally, a realistic problem of a large floor structure with 5 closely spaced frequencies was presented. The acceleration responses at 5 positions on the floor excited by 3 wide-band forces were simultaneously suppressed using 10 TMD's. The obtained multiple TMD's were shown to be very effective and robust.
This paper predicts the changes of natural frequencies due to the changes of mass at different point mass stations by using iterative calculation Transfer Matrices Method for different boundary conditions of a single beam structure (fixed-free and fixed-fixed beam). Firstly, the first three natural frequencies of an original beam are obtained using Transfer Matrices Method to verify the accuracy of the obtained results. The results are then compared with the exact solutions before purposely changing the parameter of mass. Both beams are modeled as discrete continuous systems with six-lumped-mass system. A single beam is broken down into a point mass and a massless beam which represent a single station and expressed in matrix form. The assembled matrices are used to determine the value of natural frequencies using numerical interpolation method corresponding to their mode number by manipulating some elements in the assembled matrix.
This paper investigates the effectiveness of Single Walled Carbon Nanotubes, SWNT, in improving the dynamic behavior of cracked Aluminium alloy, Al-alloy, beams by using a method based on changes in modal strain energy. Mechanical properties of composite materials are estimated by the Eshelby-Mori-Tanaka method. The influence of SWNT volume fraction, SWNT aspect ratio, crack depth and crack location on the natural frequencies of the damaged 3D randomly oriented SWNT reinforced Al-alloy beams are examined. Results demonstrate the significant advantages of SWNT in reducing the effect of cracks on the natural frequencies of Al-alloy beams.
The current paper presents a technique to detect crack in non-uniform cantilever-type pipe beams, that have step changes in the properties of their cross sections, restrained by a translational and rotational spring with a tip mass at the free end. An equation for estimating the natural frequencies for the non-uniform beams is derived using the boundary and continuity conditions, and an equivalent bending stiffness for cracked beam is applied to calculate the natural frequencies of the cracked beam. An experimental study for a step-changed non-uniform cantilever-type pipe beam restrained by bolts with a tip mass is carried out to verify the proposed method. The translational and rotational spring constants are updated using the neural network technique to the results of the experiment for intact case in order to establish a baseline model for the subsequent crack detection. Then, several numerical simulations for the specimen are carried out using the derived equation for estimating the natural frequencies of the cracked beam to construct a set of training patterns of a neural network. The crack locations and sizes are identified using the trained neural network for the 5 damage cases. It is found that the crack locations and sizes are reasonably well estimated from a practical point of view. And it is considered that the usefulness of the proposed method for structural health monitoring of the step-changed non-uniform cantilever-type pipe beam-like structures elastically restrained in the ground and have a tip mass at the free end could be verified.
This study investigated the effects of prestressing force on the natural frequency of concrete beams considering changes in the self-weight of the beam. For this, a finite element formulation was derived to account for the increase in the stiffness of a beam-tendon system due to the axial force and deformation induced by prestressing of the tendon. The developed finite element formulation was validated with the data obtained in laboratory experiments. The experimental natural frequencies of the small prestressed concrete (PSC) beam specimens were consistent with those obtained using the proposed method. The first natural frequency increased almost linearly as the prestressing force increased. The proposed method was then applied to four actual PSC bridges typically employed in the field. Different from the laboratory specimens, the first natural frequencies of the actual PSC bridges barely changed or increased with increasing prestressing force. The results of an analytical parametric study showed that the increase in the natural frequency strongly depended on the magnitude of the prestressing force relative to the total weight of the structure. Thus, the variation in the natural frequencies of the actual PSC bridges with high total weight relative to the prestressing force was negligible due to the application of the prestressing force.
Because a change in the natural frequencies of a structure indicates structural health problems, monitoring the natural frequencies crucial. Long-term measurement for the Uldolmok tidal current power plant structure has shown that its natural frequencies fluctuate with a constant cycle twice a day. In this study, lab-scale tests to investigate the causes of these natural frequency fluctuations were carried out in a circulating water channel. Three independent variables in the tests that could affect the fluctuation of the natural frequencies were the water level, current velocity, and boundary condition between the specimen and the bottom of the circulating water channel. The experimental results were verified with numerical ones using ABAQUS. It was found that the fluctuation of the natural frequencies was governed by a decrease in stiffness due to the boundary condition much more than the effect of added mass. In addition, it was found that the natural frequency would decrease with an increase in the tidal current velocity because of its nonlinearity when the boundary condition was severely deteriorated due to damage.
In turbo-machines operated at high speeds through gear speed increasers a precise coupled analysis of lateral and torsional vibrations is required to achieve highly reliable designs with low vibration and low noise levels, where the vibration coupling is due to the gear pair mesh stiffness. In this paper, applying the generalized coupled lateral-torsional finite element model of a gear pair element, has been analyzed a coupled lateral-torsional vibration of the prototype 800 RT turbo-chiller rotor-bearing system with a bull-pinion gear speed increaser. Results have shown that the coupled torsional natural frequencies have decreased due to the coupling effect of lateral vibration and particularly, the 2nd torsional natural frequency and its mode shape have had big changes. However, changes of lateral vibration characteristics have been noticed only at high lateral whirl natural frequencies above 15,000 rpm.
This paper presents a model of a layered, delaminated composite beam. The beam is modelled by beam finite elements, and the delamination is modelled by additional boundary conditions. In the present study, the laminated beam contains only one delaminated region through the thickness direction which extends to the full width of the beam. It is also assumed that the delamination is open. The influence of the delamination length and position upon changes in the bending natural frequencies of the composite laminated cantilever beam is investigated.
본 논문에서는 인터체인지나 램프시설 등에서 볼 수 있는 공간 곡선부재들을 나선형 곡선부재로 이상화시켰다. 나선의 기하학적 특성치와 초기 곡률을 고려하여 평형방정식을 유도하였으며 모우드 형상함수를 가정하여 단순지지된 나선형 곡선부재의 규준화된 고유진동수를 계산할 수 있는 모우드 방정식을 유도하였다. 이러한 모우드 방정식을 이용하여 나선형 곡선부재의 고유진동수, 모우드 형상 그리고 고유진동수의 분포를 규명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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