This study aimed to develop an approach to accurately predict the wind models and wind effects of large wind turbines. The wind-induced vibration characteristics of a 5 MW tower-blade coupled wind turbine system have been investigated in this paper. First, the blade-tower integration model was established, which included blades, nacelle, tower and the base of the wind turbine system. The harmonic superposition method and modified blade element momentum theory were then applied to simulate the fluctuating wind field for the rotor blades and tower. Finally, wind-induced responses and equivalent static wind loads (ESWL) of the system were studied based on the modified consistent coupling method, which took into account coupling effects of resonant modes, cross terms of resonant and background responses. Furthermore, useful suggestions were proposed to instruct the wind resistance design of large wind turbines. Based on obtained results, it is shown from the obtained results that wind-induced responses and ESWL were characterized with complicated modal responses, multi-mode coupling effects, and multiple equivalent objectives. Compared with the background component, the resonant component made more contribution to wind-induced responses and equivalent static wind loads at the middle-upper part of the tower and blades, and cross terms between background and resonant components affected the total fluctuation responses, while the background responses were similar with the resonant responses at the bottom of tower.
Alligne, S.;Nicolet, C.;Allenbach, P.;Kawkabani, B.;Simond, J.J.;Avellan, F.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.286-294
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2009
Hydroelectric power plants are known for their ability to cover variations of the consumption in electrical power networks. In order to follow this changing demand, hydraulic machines are subject to off-design operation. In that case, the swirling flow leaving the runner of a Francis turbine may act under given conditions as an excitation source for the whole hydraulic system. In high load operating conditions, vortex rope behaves as an internal energy source which leads to the self excitation of the system. The aim of this paper is to identify the influence of the full load excitation source location with respect to the eigenmodes shapes on the system stability. For this, a new eigenanalysis tool, based on eigenvalues and eigenvectors computation of the nonlinear set of differential equations in SIMSEN, has been developed. First the modal analysis method and linearization of the set of the nonlinear differential equations are fully described. Then, nonlinear hydro-acoustic models of hydraulic components based on electrical equivalent schemes are presented and linearized. Finally, a hydro-acoustic SIMSEN model of a simple hydraulic power plant, is used to apply the modal analysis and to show the influence of the turbine location on system stability. Through this case study, it brings out that modeling of the pipe viscoelastic damping is decisive to find out stability limits and unstable eigenfrequencies.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.1
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pp.75-92
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1999
In this paper, the seismic analysis model for seismically isolated KALIMER reactor structures is developed and the modal analysis and the seismic time history analysis are carried out for seismic isolation and non-isolation cases. To check the seismic stress limit according to the ASME Code, the equivalent seismic stress analyses are preformed using the 3-D finite element model. From the seismic stress analysis, the seismic margins are calculated for structural members. The limit of seismic load is defined to show that the maximum input acceleration ensures the structural safety for seismic load. In comparison of seismic responses between seismic isolation and non-isolation cases, the seismic isolation design gives significantly reduced acceleration responses and relative displacements between structures. The seismic margin of KALIMER reactor structure is high enough to produce the limit seismic load 0.8g.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.1
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pp.32-43
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2014
Automatic fiber placement (AFP) has become a popular processing technique for composites in the aerospace industry, due to its ability to place prepregs or tapes precisely in the exact position when complex parts are being manufactured. This paper presents the design, analysis, and manufacture of an AFP mandrel for composite aircraft fuselage skin fabrication. According to the design requirements, an AFP mandrel was developed and a numerical study was performed through the finite element method. Linear static load analyses were performed considering the mandrel structure self-weight and a 2940 N load from the AFP machine head. Modal analysis was also performed to determine the mandrel's natural frequencies. These analyses confirmed that the proposed mandrel meets the design requirements. A prototype mandrel was then manufactured and used to fabricate a composite fuselage skin. Material load tests were conducted on the AFP fuselage skin curved laminates, equivalent flat AFP, and hand layup laminates. The flat AFP and hand layup laminates showed almost identical strength results in tension and compression. Compared to hand layup, the flat AFP laminate modulus was 5.2% higher in tension and 12.6% lower in compression. The AFP curved laminates had an ultimate compressive strength of 1.6% to 8.7% higher than flat laminates. The FEM simulation predicted strengths were 4% higher in tension and 11% higher in compression than the flat laminate test results.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.3
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pp.1241-1246
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2014
Take-out robots used for handling of the plastic parts manufactured with the injection mold are usually the gantry type that consists of long and thin links. In this study, we want to evaluate the safety of the take-out Robot structure through finite element analysis. The take-out Robot is automated robot to transport from one location to another in the molded article. The take-out Robot structure has a 380 kilogram weight, a 1300mm width, a 670.5mm depth and a 670mm height. It confirms the equivalent stress and the deformation of the load and its own weight through weight analysis. It looks for the natural frequency of the take-out robot through modal analysis. It confirms the acceleration, the normal stress and the deformation about the natural frequency of the take-out robot through response analysis. Also It repeats the analysis by changing the structure of the take-out robot, to confirm the results and it is determined whether the safety of the structure. These analysis results are effectively used to reduce the vibration of the take-out robot.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.4
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pp.72-81
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2012
This study investigates structural, fatigue and modal analyses at bicycle suspension seat post. When weight is applied to the saddle, models 1 and 2 have the weakest strength at the part connected with saddle. And model 2 is greater total deformation and equivalent stress than model 1. Among the cases of nonuniform fatigue loads at models 1 and 2, 'SAE bracket history' with the severest change of load becomes most unstable but 'Sample history' becomes most stable. In case of 'Sample history' with the average stress of 0 to $-10^4MPa$ and the amplitude stress of 0 to $10^4MPa$, the possibility of maximum damage becomes 4%. This stress state can be shown with 5 to 7times more than the damage possibility of 'SAE bracket history' or 'SAE transmission'. Model 1 has better impulse relaxation and passenger sensitivity than model 2. The structural result of this study can be effectively utilized with the design of bicycle suspension seat post by investigating prevention and durability against its damage.
Teng Y. Xue;Hong B. Liu;Ting Zhou;Xin C. Chen;Xiang Zhang;Zhi P. Zou
Wind and Structures
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v.37
no.3
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pp.245-254
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2023
In this paper, the wind-induced response of Jiayuguan wooden building (world cultural heritage) in Northwest China was studied. ANSYS finite element software was used to establish four kinds of building models under different working conditions and carry out modal analysis. The simulation results were compared with the field dynamic test results, obtaining the model which reflects the real vibration characteristics of the wooden tower. Time history data of fluctuating wind speed was obtained by MATLAB programming. Time domain method and ANSYS were used to analyze the wind-induced vibration response time history of Jiayuguan wooden building, obtaining the displacement time history curve of the structure. It was suggested that the wind-induced vibration coefficient of Jiayuguan wooden building is 1.76. Through analysis of the performance of the building under equivalent static wind load, the maximum displacement occurs in the three-story wall, gold column and the whole roof area, and the maximum displacement of the building is 5.39 cm. The ratio of the maximum stress value to the allowable value of wood tensile strength is 45 %. The research results can provide reference for the wind resistant design and protection of ancient buildings with similar structure to Jiayuguan wooden tower.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.701-709
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2000
As the welding spot forms a singular geometry of an external crack type, fatigue failure of spot-welded specimens can be evaluated by means of a fracture parameter. Recasting the load vs. fatigue life relationships experimentally obtained, we predicted the fatigue life of spot-weld specimens with a single parameter denoted the equivalent stress intensity factor. This crack driving parameter is demonstrated to successfully describe the effects of specimen geometry and loading type in a comprehensive manner. The suggested fatigue life formula for a single spot weld can play a key role in the design and assessment of spot-welded panel structures, in that the fatigue strength of multi-spots is eventually determined by the fatigue strength of each single spot. We therefore attempt to evaluate the effectiveness and validity of $K_e$ in predicting the fatigue life of auto seat belt anchor panel. We first establish finite element models reflecting the actual mechanical behavior of 3 types of seat belt anchor specimens. Using finite element models elaborately established, we then obtain the effective crack driving parameter $K_e$ composed of its ductility -dependent modal components. It is confirmed that the $K_e$ concept successfully predicts the fatigue life of multi-spot welded panel structures represented by auto seat belt anchors here.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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