This paper presents the vibration characteristics of an intelligent cantilever beam in contact with a fluid using a PZT actuator and PVDF film. The dynamic behaviors of a flexible beam-water interaction system are examined. The effect of the liquid level on free vibration of the composite beam in a partially liquid-filled circular cylinder is investigated. The coupled system is subject to an undisturbed boundary condition in the fluid domain. It was found that the coupled natural frequencies decreased with the fluid level for the identical composite beam due to added mass effect. In case of the free-free boundary condition, the natural frequency gently decreased at fluid water level betw...
In this paper, we address the numerical investigation on the effect of liquid compressibility onto the natural frequency of liquid-filled containers. Traditionally the liquid motion has been treated as an ideal fluid motion. However, from the numerical experiments for the axisymmetrical free-vibration of cylindrical liquid-storage tanks, we found that the relative difference in natural frequencies between ideal and compressible motions becomes remarkable, as the slenderness of tank or the relative liquid-fill height becomes larger. Therefore, in such cases of dynamic systems, the liquid compressibility becomes an important parameter, for the accurate vibration analysis. For the free-vibration analysis of compressible liquid-structure interaction we employed the coupled finite element formulation expressed in terms of the acoustic wave pressure and the structure deformation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.7
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pp.659-666
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2012
A nonlinear dynamic model for the shaft-disk-blade unit is developed in this study. In this regard, the rotating flexible blade, with a pre-twist angle, attached to a rigid disk driven by a shaft which is flexible in torsion is developed. The rotor-blade coupled model is derived using Lagrange equation in conjunction with the assumed mode method to discretize the blade deformation. The equations of motion are analyzed based on the small deformation theory for the blade and shaft torsional deformation to obtain the system natural frequencies for various system parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.1
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pp.63-73
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1987
This study is a part of the research on the coupled vibration of train wheel with the stepped thickness and rail. The research was conducted for the purpose of examining the dynamic characteristics of train wheel at the running state and preventing the vibrations of the high speed railway. The stress at the boundary surface of web and rim, .sigma.$_{c}$, was analyzed in consideration of the uniform In-plane compressive stress depending on the conditions of rolling and the In-plane compressive stress depending on the rotation of train wheel. Then the equation of transverse vibration of the annular plate with the stepped thickness was analyzed by Rayleigh-Ritz's method. As a result of study, it was known that the rotational speed increase the natural frequency slightly and the acceleration level highly while the reaction force between train wheel and rail decrease the natural frequency linearly and the critical buckling is generated at n=1.
The effects of BPC (blade pitch control) on FOWT (floating offshore wind turbine) motions and generated power are investigated by using a fully-coupled turbine-floater-mooring simulation program. In this regard, two example FOWTs, OC4-5MW semi-submersible FOWT and KRISO four-3MW-units FOWT, are selected since the numerical simulations of those two FOWTs have been verified against experiments in authors' previous studies. Various simulations are performed changing BPC natural frequency (BPCNF), BPC damping ratio (BPCDR), and wind speeds. Through the numerical simulations, it was demonstrated that negative damping can happen for platform pitch motions and its influences are affected by BPCNF, BPCDR, and wind speeds. If BPCNF is significantly larger than platform-pitch natural frequency, the pitch resonance can be very serious due to the BPC-induced negative-damping effects, which should be avoided in the FOWT design. If wind speed is significantly higher than the rated wind velocity, the negative damping effects start to become reduced. Other important findings are also given through systematic sensitivity investigations.
In a verical type, vibratory gyroscope, the coupled motion between the reference and sensing vibrations causes the zero-point output which means non-zero sensing vibration without angular velocity. This structural coupling leaks to an inherent discrepancy between the natural frequencies of the reference and sensing oscillations, causing the degradation of the sensing performance and dynamic stability. In this paper, the dynamic characteristics associated the coupling phenomenon are theoretically analyzed. Effects of reference frequency and coupling factor on the rotational direction and amplitude of elliptic oscillation are studied. A technique to predict the existence of curve veering of crossing in frequency trajectories is introduced to apply the design of micro gyroscopes with decoupled structures.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.6
no.2
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pp.1-10
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2019
In this paper, the probabilistic free vibration analysis of a geometrically coupled cantilever wing with uncertain material properties is carried out using stochastic finite element (SFEM) based on first order perturbation technique. Here, both stiffness and damping of the system are considered as random parameters. The bending and torsional rigidities are assumed as spatially varying second order Gaussian random fields and represented by Karhunen Loeve (K-L) expansion. Here, the expected value, standard deviation, and probability distribution of random natural frequencies and damping ratios are computed. The results obtained from the present approach are also compared with Monte Carlo simulations (MCS). The results show that the uncertain bending rigidity has more influence on the damping ratio and frequency of modes 1 and 3 while uncertain torsional rigidity has more influence on the damping ratio and frequency of modes 2 and 3.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.49
no.11
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pp.742-748
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2000
This paper presents a numerical method to analyze the electromechanical-coupled field in the spindle motor of a computer hard drive and investigates dynamic response due to the electromechanical excitation, i.e. unbalanced magnetic force and centrifugal force for the rotational asymmetric motor. Magnetic field is calculated from Maxwells equation and voltage equation by introducing nonlinear time-dependent finite element analysis. Mechanical motion of rotor is calculated by solving Newton-Euler equation. Electromechanical excitation and dynamic response are characterized by analyzing the free response of a rotating rotor and Fourier analysis of the excitation force and resulting vibration of a rotor. It shows that centrifugal force produces the unbalanced magnetic force even in the rotational symmetric motor. It also shows that resonance produces quite considerable vibration even when the high excitation frequency with small amplitude matches with the natural frequency of the spindle motor.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.04a
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pp.81-88
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2000
Unlike structures in the air, the vibration analysis of a submerged or floating structure such as offshore structures or ships is possible only when the fluid-structure interaction is understood, as the whole or part of the structure is in contact with water. Specially, the importance of the added mass is not necessary to say like the submerged vehicle, all of the hull body, is positioned in the water. This paper introduce two method to find natural frequency in consideration of fluid-structure modal coupled vibration analysis. The purpose of this study is to analyze of the vibration characteristic of submerged vehicle to obtain the anti-vibration design data, which could be used in the preliminary design stage data. Underwater pressure hull of submerged vehicle is used as the model of this study. The F.E.M model is meshed by shell and beam element. Also, considering of the inner hull weight, mass element is distributed in the direction of hull length. Numerical calculations are accomplished using the commercial B.E.M code. The characteristics of natural frequency(eigenvalues), mode shape(eigenvectors) and frequency-displacement response are analyzed. The results of this study will be used as the useful design data in preliminary anti-vibration design stage.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.9
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pp.935-942
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2009
In this paper, the purpose is to investigate the natural frequency of a cracked Timoshenko cantilever beams by FEM(finite element method) and experiment. In addition, a method for detection of crack in a cantilever beams is presented based on natural frequency measurements. The governing differential equations of a Timoshenko beam are derived via Hamilton's principle. The two coupled governing differential equations are reduced to one fourth order ordinary differential equation in terms of the flexural displacement. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. The detection method of a crack location in a beam based on the frequency measurements is extended here to Timoshenko beams, taking the effects of both the shear deformation and the rotational inertia into account. The differences between the actual and predicted crack positions and sizes are less than 6 % and 23 % respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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