In this paper, a method is presented to identify the physical and modal parameters of multistory shear building based on substructural technique using block pulse generalized operational matrix and genetic algorithm. The substructure approach divides a complete structure into several substructures in order to significantly reduce the number of unknown parameters for each substructure so that identification processes can be independently conducted on each substructure. Block pulse functions are set of orthogonal functions that have been used in recent years as useful tools in signal characterization. Assuming that the input-outputs data of the system are known, their original BP coefficients can be calculated using numerical method. By using generalized BP operational matrices, substructural dynamic vibration equations can be converted into algebraic equations and based on BP coefficient for each story can be estimated. A cost function can be defined for each story based on original and estimated BP coefficients and physical parameters such as mass, stiffness and damping can be obtained by minimizing cost functions with genetic algorithm. Then, the modal parameters can be computed based on physical parameters. This method does not require that all floors are equipped with sensor simultaneously. To prove the validity, numerical simulation of a shear building excited by two different normally distributed random signals is presented. To evaluate the noise effect, measurement random white noise is added to the noise-free structural responses. The results reveal the proposed method can be beneficial in structural identification with less computational expenses and high accuracy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.211-217
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1998
A disk rotor dynamic analysis program called by DR. DAP is developed for disk drive spindle systems to analyze dynamic characteristics in operation and to estimate the effects of excitation sources. It is applicable to design for stabilization and to select parts of disk drive spindle systems. The disk drive spindle system in this program is modeled as a flexible shaft with multiple flexible disks, which is supported by bearings and driven by electric motor, and its complicated coupled vibration characteristics are analyzed by using a substructure synthesis technique with the assumed-modes method. All the coupled modes of interest can be well predicted by the example of a three disk hard disk drive with the three tuning parameters. It is also shown that, with the introduction of the excitation sources associated with the defects of ball bearing systems, the magnetic unbalance of spindle motor, the program can well predict the stability of the system, i.e., the possibility of resonance.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.3
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pp.45-55
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1983
This paper discussed about Application Technique of Numerical Methods for large structure. The dynamic behaviours of a vehicle were investigated through finite element modelling. After dividing a vehicle body into three substructures, Basic Mass System was composed of 60 flexual modes which was obtained from the dynamic characteristics of each substructure using Modal Synthesis Method. Engine, transmission and rear axle, etc. were added to Basic Mass Model, consequently Full Mass System was constructed by 72 degree of freedoms. Full Mass System was analyzed over the frequency range 0.5-50.0 Hz under the loading conditions which were Stationary Gaussian Random Process. Results and discussions provided the guidelines to eliminate resonances among the parts and to improve the Ride Quality. The Absorbed Power was used as a standard to determine the Ride Quality. The RMS value of driver's vertical acceleration was obtained 0.423g from the basic model and 0.415g from the modified model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.3
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pp.495-501
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2001
In this paper, a new technique which models the joints characteristics through reduction of DOFs of structures with joints using component mode synthesis (CMS) method is proposed. Bolt joints are modeled by mass-spring systems. Also generalized mass and stiffness matrices for this models are introduced. Because bolt joints have influence on eigenvalues of structures, exact eigenvalues from modal test are used. The results show that the behaviors of structures with bolt joints depend to a large extent on the translational DOFs and not on rotational DOFs of mass and stiffness matrices of bolts. Furthermore it is confirmed that lumped mass-spring systems as models of bolt joints are effective models considering the facts that joint characteristics converged to constant values in some iterations and eignevalues from proposed method are in good agreement with ones from modal test.
In vertical seismic isolation (VSI), a building is partitioned intentionally by vertical layers into two dynamically different substructures for seismic response reduction. Initially, a 1-story frame was partitioned into two substructures, interconnected by viscous and visco-elastic links, and seismic responses of the original and the vertically isolated structures (VIS) were obtained, considering a large number of stiffness and mass ratios of substructures with respect to the original structure. Color contour graphs were defined for presentation and investigation of large amounts of output results. Dynamic characteristics of the isolated structures were studied by considering the non-classical damping of the system, and then the effects of viscous and visco-elastic link parameters on the modal damping ratios were discussed. On this basis, three states of mass isolation, interactional state, and control mass were differentiated. Response history analyses were performed by Runge-Kutta numerical method. In these analyses, interaction of isolation ratios and link parameters, on response control of VIS was studied and the appropriate ranges for link parameters as well as the optimal ranges for isolation ratios were suggested. Results show that by using the VSI technique, seismic response reduction up to 50% in flexible substructure and even more in stiff substructure is achievable.
The main concern of numerical dynamic analysis of large structures is to find an acceptable solution with fewer mode shapes and less computational efforts. Component mode method utilizes substructure technique to reduce the degree of freedom but have a disadvantage to not consider the dynamic characteristics of loads. Ritz Vector method consider the load characteristics but requires many integrations and errors are accumulated. In this study, to improve the effectiveness of component mode method, Lanczos algorithm is introduced. To prove the effectiveness of this method, example structure are analyzed and the results are compared with SAP90.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.175-182
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2022
In many engineering problems, the dynamic substructuring can be useful to analyze complex structures which made with many substructures, such as aircrafts and automotive vehicles. It was originally intended as a method to simplify the engineering problem. The powerful advantage to this is that computational efficiency dramatically increases with eliminating unnecessary degrees-of-freedom of the system and the system targets are concurrently satisfied. Craig-Bampton method has been widely used for the linear system reduction. Recently, multi-level optimization (such as target cascading), which propagates the system-level targets to the subsystem-level targets, has been widely utilized. To this concept, the genetic algorithm which one of the global optimization technique has been utilized to the substructure optimization. The number of internal modes for each substructure can be obtained by the genetic algorithm. Simultaneously, the reduced system meets the top-level targets. In this paper, various numerical examples are tested to verify this concept.
Mechanical structures are composed of substructures connected by joints and boundary elements. While the finite element representation of plain substructures is well developed and reliable, joints have a lot of uncertainties in being accurately modelled and affect dynamic behavior of a total system. In order to improve the accuracy of a finite element model, a new method is proposed, in which reduced finite element model is combined with a system identification technique. After substructures except joints are modelled with finite element method and joint properties are represented by parameter states, non-linear state equation is derived in which parameter states are multiplied by physical states such as displacements and velocities. So the joint parameter identification is transformed into non-linear state estimation problem. The methods are tested and discussed numerically and the feasibility for physical application has been demonstrated through two example structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.599-604
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2002
Substructures position is considered as design parameter to obtain optimal structural changes to raise its dynamic characteristics. In conventional SDM (structural dynamics modification) method, the layout of modifying substructures position is first fixed and at that condition the structural optimization is performed by using the substructures size and/or material property as design parameters. But in this paper as a design variable substructures global translational and rotational position is treated. For effective structural modification the eigenvalue sensitivity with respect to that design parameter is derived based on measured frequency response function. The optimal structural modification is calculated by combining eigenvalue sensitivities and eigenvalue reanalysis technique iteratively. Numerical examples are presented to the case of beam stiffener optimization to raise the natural frequency of plate.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.873-880
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2006
Since the mega frame structure has significant numbers of elements and nodes, it takes tremendous times and computer memories to analyze and design the structures. Therefore, the exclusive structural analysis program for mega frame system is developed to reduce the efforts and time required for the analysis and design of mega frame structure. To this end, an efficient modelling technique using the characteristics of mega frame structures and an efficient analytical model, which uses a few DOFs selected by the user using the matrix condensation method. are developed in tins study. Static and dynamic analyses are conducted using an example structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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