In this paper, a simplified model is studied to predict analytically the vibration from the helical gear system due to an axial excitation of helical gears. The simplified model describes gear, shaft, bearing, and housing. In order to obtain the axial force of helical gears, the mesh stiffness is calculated in the load deflection relation. The axial force is obtained from the solution of the equation of motion, using the mesh stiffness. It is used as a longitudinal excitation of the shaft, which in turn drives the gear housing through the bearing. In this study, the shaft is modeled as a rod, while the bearing is modeled as a parallel spring and damper only supporting longitudinal forces. The gear housing is modeled as a clamped circular plate with viscous damping. For the modeling of this system, transfer matrices for the rod and bearing are used, using a spectral method with four pole parameters. The model is validated by finite element analysis. Using the model, parameter studies are carried out. As a result, the linearized dynamic shaft force due to the gear excitation in the frequency domain was proposed. Out-of-plan displacement from the forced vibrating circular plate and the renewed mode normalization constant of the circular plate were also proposed. In order to control the axial vibration of the helical gear system, the plate was more important than the shaft and the bearing. Finally, the effect of the dominant design parameters for the gear system can be investigated by this model.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.1
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pp.31-40
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2011
This paper examines the dynamic characteristics of a human carpal muscle through theoretical analysis and experiment. The carpal muscle was modeled as a 1-DOF vibration system and vibration response due to a ramp function force was calculated. The electromyogram signal corresponding to the muscle excitation force was measured, and the excitation force function of an envelope curve from the electromyogram signal was extracted. The ramp input function of electrical stimulation to the carpal muscle was applied by using a device for functional electrical stimulation, and the angular displacements corresponding to steady state response were measured. Theoretical calculations of the vibration response displacements were compared with the experimental results of the angular displacements, and have shown a good agreement with the result that is linearly proportional to the excitation force magnitude. As a result, the relationship between the input current of the electrical stimulation and the excitation force magnitude was inferred. The result was shown that it can be applied to develop rehabilitation training devices.
Polycarpou, Panayiotis C.;Papaloizou, Loizos;Komodromos, Petros;Charmpis, Dimos C.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.5
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pp.1127-1146
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2015
The excitation angle or angle of incidence is the angle in which the horizontal seismic components are applied with respect to the principal structural axes during a time history analysis. In this study, numerical simulations and parametric studies are performed for the investigation of the effect of the angle of seismic incidence on the response of adjacent buildings, which may experience structural pounding during strong earthquakes due to insufficient or no separation distance between them. A specially developed software application has been used that implements a simple and efficient methodology, according to which buildings are modelled in three dimensions and potential impacts are simulated using a novel impact model that takes into account the arbitrary location of impacts and the geometry at the point of impact. Two typical multi-storey buildings and a set of earthquake records have been used in the performed analyses. The results of the conducted parametric studies reveal that it is very important to consider the arbitrary direction of the ground motion with respect to the structural axes of the simulated buildings, especially during pounding, since, in many cases, the detrimental effects of pounding become more pronounced for an excitation angle different from the commonly examined 0 or 90 degrees.
Xiang, Ziru;Chan, Tommy H.T.;Thambiratnam, David P.;Nguyen, Andy
Computers and Concrete
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v.20
no.5
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pp.617-625
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2017
Prestress force identification (PFI) is crucial to maintain the safety of prestressed concrete bridges. A synergic identification method has been proposed recently by the authors that can determine the prestress force (PF) and the excitation force simultaneously in prestressed concrete beams with good accuracy. In this paper, the ability of this method in the application with prestressed concrete box-girder bridges is demonstrated. A reasonable assumption is made to capture the similarity of the dynamic behavior of the prestressed concrete box-girder bridge and a beam under a certain loading scenario, and the feasibility of this method for application in a prestressed box-girder bridge is affirmed. A comprehensive laboratory test program is conducted, and the effects of PF, excitation, measuring time and uncertainties are studied. Results show that the proposed method can predict the PF and the excitation force in a prestressed concrete box-girder accurately and has a great robustness against uncertainties.
Within the context of Structural Health Monitoring (SHM), it is often the case that structural systems are described by uncertainty, both with respect to their parameters and the characteristics of the input loads. For the purposes of system identification, efficient modeling procedures are of the essence for a fast and reliable computation of structural response while taking these uncertainties into account. In this work, a reduced order metamodeling framework is introduced for the challenging case of nonlinear structural systems subjected to earthquake excitation. The introduced metamodeling method is based on Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous input (NARX), able to describe nonlinear dynamics, which are moreover characterized by random parameters utilized for the description of the uncertainty propagation. These random parameters, which include characteristics of the input excitation, are expanded onto a suitably defined finite-dimensional Polynomial Chaos (PC) basis and thus the resulting representation is fully described through a small number of deterministic coefficients of projection. The effectiveness of the proposed PC-NARX method is illustrated through its implementation on the metamodeling of a five-storey shear frame model paradigm for response in the region of plasticity, i.e., outside the commonly addressed linear elastic region. The added contribution of the introduced scheme is the ability of the proposed methodology to incorporate uncertainty into the simulation. The results demonstrate the efficiency of the proposed methodology for accurate prediction and simulation of the numerical model dynamics with a vast reduction of the required computational toll.
A frequency domain response analysis is presented for building frames passively controlled by viscoelastic dampers, under harmonic ground excitation. Three different models are used to represent the linear dynamic force-deformation characteristics of viscoelastic dampers namely, Kelvin model, Linear hysteretic model and Maxwell model. The frequency domain solution is obtained by (i) an iterative pseudo-force method, which uses undamped mode shapes and frequencies of the system, (ii) an approximate modal strain energy method, which uses an equivalent modal damping of the system in each mode of vibration, and (iii) an exact method which uses complex frequency response function of the system. The responses obtained by three different methods are compared for different combinations of viscoelastic dampers giving rise to both classically and non-classically damped cases. In addition, the effect of the modelling of viscoelastic dampers on the response is investigated for a certain frequency range of interest. The results of the study are useful in appropriate modelling of viscoelastic dampers and in understanding the implication of using modal analysis procedure for building frames which are passively controlled by viscoelastic dampers against base excitation.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.2
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pp.69-76
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2018
The paper presents preliminary investigation results for the effect of the baseline correction in the acceleration excitation method on finite element seismic analysis results (such as accumulated equivalent plastic strain, equivalent plastic strain considering cyclic plasticity, von Mises effective stress, etc) of nuclear safety Class I components. For investigation, finite element elastic-plastic time-history seismic analysis is performed for a surge line including a pressurizer lower head, a pressurizer surge nozzle, a surge piping, and a hot leg surge nozzle using the Chaboche hardening model. Analysis is performed for various seismic loading methods such as acceleration excitation methods with and without the baseline correction, and a displacement excitation method. Comparing finite element analysis results, the effect of the baseline correction is investigated. As a result of the investigation, it is identified that finite element analysis results using the three methods do not show significant difference.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.367-375
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2020
This paper presents an integrated analysis about dynamic performance of a Floating Offshore Wind Turbine (FOWT) OC4 DeepCwind with semi-submersible platform under real sea environment. The emphasis of this paper is to investigate how the wave mean drift force and slow-drift wave excitation load (Quadratic transfer function, namely QTF) influence the platform motions, mooring line tension and tower base bending moments. Second order potential theory is being used for computing linear and nonlinear wave effects, including first order wave force, mean drift force and slow-drift excitation loads. Morison model is utilized to account the viscous effect from fluid. This approach considers floating wind turbine as an integrated coupled system. Two time-domain solvers, SIMA (SIMO/RIFLEX/AERODYN) and FAST are being chosen to analyze the global response of the integrated coupled system under small, moderate and severe sea condition. Results show that second order mean drift force and slow-drift force will drift the floater away along wave propagation direction. At the same time, slow-drift force has larger effect than mean drift force. Also tension of the mooring line at fairlead and tower base loads are increased accordingly in all sea conditions under investigation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.2
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pp.148-159
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2004
This paper discusses vibration mode of the drivesystem considered the vehicle body's dynamic characteristics to study the influence of the vehicle body's dynamic characteristics on the vibration mode of the engine mount system and the ride quality of a vehicle. The simulation model consists of the engine mount system, the powertrain and the rigid or elastic vehicle body. Variables used in this study are the stiffnesses of an engine mount system and the excitation forces. The Goals of the study are analyzing both the vibration transmitted to the vehicle body including the drivesystem and the influence of the vehicle body's dynamic characteristics on the engine mount system. The mode of drivesystems with a rigid and a elastic vehicle body was compared. From the result of the forced vibration analysis for the drivesystem with a elastic vehicle body, it is shown that the vehicle body's dynamic characteristics influence on the engine mount system reciprocally.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.129-136
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2005
Concentrically braced steel frames are considered as being quite prone to soft-story response due to the degradation in brace compressive resistance after buckling under severe ground motions. When combined with the system P-Delta effects, collapse of the concentrically braced frames by dynamic instability becomes a highly probable. In this study, a new, relatively simple dynamic instability coefficient was proposed for diagonally braced steel frames by considering the strength degradation of the brace after buckling. Nonlinear dynamic analysis was conducted to check the robustness of the proposed index based on simulated ground motions. The analysis results showed that the dynamic instability index proposed predicts the collapse potential more consistently than the conventional one. Dynamic instability was triggered when the index value was close to 0.7.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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