The Pseudo-Excitation Method (PEM) is applied to study the stochastic space vibration responses of train-bridge coupling system. Each vehicle is modeled as a four-wheel mass-spring-damper system with two layers of suspension system possessing 15 degrees-of- freedom. The bridge is modeled as a spatial beam element, and the track irregularity is assumed to be a uniform random process. The motion equations of the vehicle system are established based on the d'Alembertian principle, and the motion equations of the bridge system are established based on the Hamilton variational principle. Separate iteration is applied in the solution of equations. Comparisons with the Monte Carlo simulations show the effectiveness and satisfactory accuracy of the proposed method. The PSD of the 3-span simply-supported girder bridge responses, vehicle responses and wheel/rail forces are obtained. Based on the $3{\sigma}$ rule for Gaussian stochastic processes, the maximum responses of the coupling system are suggested.
In order to reveal the independent relationship between track irregularity and wind loads, the stochastic characteristics of train-bridge coupling systems subjected to wind loads were investigated by the multi-sample calculation. The vehicle was selected as 23 degrees of freedom dynamical model, and the bridge was described by three-dimensional finite element model. It was assumed that the wind loads were random processes with strong spatial correlation, while the track irregularities were stationary random ones. As a case study, a high-speed train running on a cable-stayed bridge subjected to wind loads was studied. The effect of rail irregularities was deemed to be independent of the effect of wind excitations on the coupling system in the same wind circumstance for the same project, leading to the conclusion that the effect of wind loads and moving vehicle could be calculated separately. The variance results of the stochastic responses of vehicle-bridge coupling system under the action of wind loads and rail irregularities together were equivalent to the sum of the variance of the responses induced by each excitation. Therefore, when one of the input excitations is different, only the effect of changed loads needs to be assessed. Moreover, the new calculated results were combined with the effect of unchanged loads to present the stochastic response of coupling system subjected to the different excitations, reducing the cost of computations. The stochastic characteristics, the CFD (cumulative distribution function) of the coupling system with different wind velocities, vehicle speed, and vehicle marshalling were studied likewise.
The investigation on vehicle-bridge coupling system (VBCS) is crucial in bridge design, bridge condition evaluation, and vehicle overload control. A real-time hybrid testing (RTHT) method for VBCS (RTHT-VBCS) is proposed in this paper for accurately and economically disclosing the dynamic performance of VBCSs. In the proposed method, one of the carriages is chosen as the experimental substructure loaded by servo-hydraulic actuator loading system in the laboratory, and the remaining carriages as well as the bridge structure are chosen as the numerical substructure numerically simulated in one computer. The numerical substructure and the experimental substructure are synchronized at their coupling points in terms of force equilibrium and deformation compatibility. Compared to the traditional iteration experimental method and the numerical simulation method, the proposed RTHT-VBCS method could not only obtain the dynamic response of VBCS, but also economically analyze various working conditions. Firstly, the theory of RTHT-VBCS is proposed. Secondly, numerical models of VBCS for RTHT method are presented. Finally, the feasibility and accuracy of the RTHT-VBCS are preliminarily validated by real-time hybrid simulations (RTHSs). It is shown that, the proposed RTHT-VBCS is feasible and shows great advantages over the traditional methods, and the proposed models can effectively represent the VBCS for RTHT method in terms of the force equilibrium and deformation compatibility at the coupling point. It is shown that the results of the single-degree-of-freedom model and the train vehicle model are match well with the referenced results. The RTHS results preliminarily prove the effectiveness and accuracy of the proposed RTHT-VBCS.
Among the destruction instances of half-through arch bridges, the shorter hangers are more likely to be ruined. For a thorough investigation of the hanger system durability, we have studied vehicle impact effect on hangers with vehicle-bridge coupling method for a half-through concrete-filled-steel-tube arch bridge. A numerical method has been applied to simulate the variation of dynamic internal force (stress) in hangers under different vehicle speeds and road surface roughness. The characteristics and differences in impact effect among hangers with different length (position) are compared. The impact effect is further analyzed comprehensively based on the vehicle speed distribution model. Our results show that the dynamic internal force induced by moving vehicles inside the shorter hangers is significantly greater than that inside the longer ones. The largest difference of dynamic internal force among the hangers could be as high as 28%. Our results well explained a common phenomenon in several hanger damage accidents occurred in China. This work forms a basis for hanger system's fatigue analysis and service life evaluation. It also provides a reference to the design, management, maintenance, monitoring, and evaluation for this kind of bridge.
Kim, Gyoo-Beom;Lee, Jin-Woo;Lee, Jang-Moo;Kim, Seock-Hyun;Park, Dong-Chul
Proceedings of the KSME Conference
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대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집A
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pp.607-611
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2000
Acoustic modal property of the vehicle passenger compartment is a very important factor which dominates vehicle interior noise in the low frequency range. In most real cars, trunk noise often transfers into the passenger compartment since the two cavities are acoustically coupled. This study identifies the major coupling path by examining the variation of the coupled acoustic modal frequencies and modes. An 1/2 size acryl compartment model is designed and manufactured for the measurement and analysis of coupled acoustic modes. Experimental result shows that package tray contributes to the coupling much more than the back seat and hole size of the package tray is an important design factor to control low frequency acoustic modes in the coupled system.
In this study, a mathematical model fur analyzing the shift characteristics is proposed. The proposed model comprises power transmission system and vehicle system, which are coupled. And On-road car test is carried out in order to extract model parameters. Tile model is composed of a detailed powertrain, an engine/AT housing, a simplified suspension system. tires and a vehicle body model. On the test, the vehicle accelerations and pitch ratio are measured by using accelerometers and gyro sensor. The other data, for example speeds, a throttle position and a brake signal, are taken from sensors which already exist in the vehicle. Using natural frequency and characteristic equation, vehicle model parameters are extracted from experimental data.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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한국추진공학회 2002년도 제18회 학술발표대회 논문초록집
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pp.10-13
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2002
Pogo is the instability resulting from the interaction between rocket structure and propulsion system of liquid propellant rocket. The coupling of structure and propulsion system can lead to severe problem in rocket. For the analysis of pogo, a time-invariant linearized mathematical model is developed for a selected flight time. Propulsion system is modeled using element representations for each components. The constitutive equation of propulsion system is a homogeneous second-order equation form in the Laplace domain. Rocket structure is modeled using FEM. From the results of modal analysis of structure, the behavior of structure can be represented. System equations for coupling structure and propulsion system are composed of all propulsion system equations and vehicle motion equations reacting on the vehicle by each component of propulsion system. The stability is obtained by the eigen solution of system matrix. The optimization of the design variables such as size, place of accumulator for suppressing pogo instability is carried out. This article of study can be used to determine the degree of stability, and guide the design of pogo suppression system.
Modal parameters determine the frequency response characteristics of vibration system or acoustic system. When the two systems are fully coupled, however, coupling changes the vibrational and acoustic model parameters into those of the coupled system. In this case, it is very difficult to obtain the modified model parameters and response characteristics. In this paper, coupling effect is analytically investigated on the natural frequency, mode and frequency response characteristics. The result can be applied to understand and to design the frequency response characteristics of the vehicle passenger compartment.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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한국소음진동공학회 2003년도 춘계학술대회논문집
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pp.120-124
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2003
NVH issue at idle condition is one of the major concerns of Passenger and Commercial Vehicle including Sports Utility Vehicle Especially steering wheel vibration at idle condition is a very complex problem and affected by firing frequency of the engine, stiffness of a steering wheel system and the body to which the steering wheel system is attached. To avoid vibration mode coupling between each system of a vehicle, experimental and analytical method has been used at the pre-prototype stage. The resonance frequency of the body and the frame has been decoupled by CAE and the resonance frequency of steering wheel system has been set in between the 1st bending frequency of body and frame. These Results has been used as design guidelines tot the prototype drawing stage. The experimental verification of tile modified pre-prototype vehicle shows good results of the vibration mode decouple. Modal test of prototype vehicle also confirms the vibration mode decouple between each system.
The reduction of booming noise level and improvement of sound quality in the vehicle interior have been major fields of vehicle NVH for many years. In order to reduce the booming noise this paper proposed a system variable, which takes account of mode shapes and natural frequencies of the structural-acoustic system, measurement points and excitation frequency. By simplifying the system variable, the major contributors of panels inculding roof, roof lining, wind shield glasses, doors and floor to booming noise at a specific frequency was experimentally found. Also the relationships between structural modes of roof lining, one of the major contributors, and acoustic modes of compartment cavity were investigated from the viewpoint fo structure-borne noise. In addition, the roof lining was modified structurally by applying marble sponge to the gap between roof and roof lining. Asthe result of structural modification, the booming noise was reduce at target frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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