It is well known that the analytical vibration characteristic of a cracked beam depends largely on the crack model. In the forward analysis, an improved and simplified approach in modeling discrete open cracks in beams is presented. The effective length of the crack zone on both sides of a crack with stiffness reduction is formulated in terms of the crack depth. Both free and forced vibrations of cracked beams are studied in this paper and the results from the proposed modified crack model and other existing models are compared. The modified crack model gives very accurate predictions in the modal frequencies and time responses of the beams particularly with overlaps in the effective lengths with reduced stiffness. In the inverse analysis, the response sensitivity with respect to damage parameters (the location and depth of crack, etc.) is derived. And the dynamic response sensitivity is used to update the damage parameters. The identified results from both numerical simulations and experiment work illustrate the effectiveness of the proposed method.
A composite element method (CEM) is presented to analyze the free and forced vibrations of a cracked Euler-Bernoulli beam with axial force. The cracks are introduced by using Christides and Barr crack model with an adjustment on one crack parameter. The effects of the cracks and axial force on the reduction of natural frequencies and the dynamic responses of the beam are investigated. The time response sensitivities with respect to the crack parameters (i.e., crack location, crack depth) and the axial force are calculated. The natural frequencies obtained from the proposed method are compared with the analytical results in the literature, and good agreement is found. This study shows that the cracks in the beam may have significant effects on the dynamic responses of the beam. In the inverse problem, a response sensitivity-based model updating method is proposed to identify both a single crack and multiple cracks from measured dynamic responses. The cracks can be identified successfully even using simulated noisy acceleration responses.
Large amplitude sloshing can occur in contained fluid region due to the seismic ground motion. Also, The pressure by large amplitude sloshing damages the connections between the wall and roof of a fluid container and causes outflow of contained fluid. Therefore, to predict the dynamic behavior accurately, three dimensional analysis with the nonlinear boundary condition must be performed. In this study, the numerical solution procedure is developed using the boundary element method with the Lagrangian particle approach. In order to demonstrate the accuracy and validity of the developed method, the fluid motion for a free oscillation with small amplitude and a forced vibration are analyzed. And the numerical results are compared with the linear theory results and the previous studies with the nonlinear boundary condition.
In this study, the nonlinear vibrations of stepped beams having different boundary conditions were investigated. The equations of motions were obtained using Hamilton's principle and made non dimensional. The stretching effect induced non-linear terms to the equations. Forcing and damping terms were also included in the equations. The dimensionless equations were solved for six different set of boundary conditions. A perturbation method was applied to the equations of motions. The first terms of the perturbation series lead to the linear problem. Natural frequencies for the linear problem were calculated exactly for different boundary conditions. Second order non-linear terms of the perturbation series behave as corrections to the linear problem. Amplitude and phase modulation equations were obtained. Non-linear free and forced vibrations were investigated in detail. The effects of the position and magnitude of the step, as well as effects of different boundary conditions on the vibrations, were determined.
Optimal designs of a 3-point and a 4-point engine mount system are presented for reducing the idle shake of a Front Wheel Drive(FWD) vehicle. Design variables used in this study are the locations, the angles and the stiffness of an engine mount system. The goal of the optimization is minimizing the transmitted force without violating the constraints such as static weight sag, resonant frequency and side limits of design variables. The Augmented Lagrange Multiplier(ALM) Method is used for solving the nonlinear constrained optimization. The generalized Jacobi and the impedence method are employed for a free vibration analysis and a forced response analysis. The trend of analysis results well meet that of the experimental results. The optimization results reveal that the 4-point system transmits less torque than the 3-point system. It is also found from the design sensitivity analysis that the vibration characteristics of the 4-point system is less sensitive than those of the 3-point system.
본(本) 논문(論文)에서는, 국내(國內)에 가설(架設)되어 있는 30개(個) 교량(橋梁)들에 대한 정동적시험(靜動的試驗)으로부터 얻어진 동적특성(動的特性)에 관한 기본자료(基本資料)를 정리(整理)하여, 교량진동(橋梁振動)의 주(主)된 원인이 되는 사항에 대해 살펴보았다. 시험(試驗)은 교량(橋梁)의 중앙하부(中央下部)에 변위측정기(變位測定機)와 변형(變形)게이지를 설치(設置)한 뒤 단일만재차량(單一滿載車輛)을 주행(走行)시켜 실시(實施)하였으며, 이때 얻어지는 동적(動的)데이타는 강제진동(强制振動)과 자유진동(自由振動)으로 구분(區分)하여 시간영역해석(時間領域解析)을 통하여 분석(分析), 교량(橋梁)의 진동특성(振動特性)을 연구(硏究)하였다. 여기서 얻어진 자료(資料)는 국내(國內)에서 초보적 단계에 있는 도로교(道路橋)의 진동거동예측(振動擧動豫測)에 귀중한 자료(資料)를 제시할 것이다.
We propose a modified 6-node element, where the sampling point of Gauss quadrature moved in the thickness direction. The modified 6-node element has been applied to static problems and forced motion analyses. In this study, this method is extended to the finite element analysis of the natural frequencies of two dimensional problems. We also propose a modified 16-node element for three dimensional problems, which behaves much like a 20-node element with smaller degree of freedom. The modified 6-node and 16-node elements have been applied to the modal analyses of beams and plates, respectively. The results agree well with the results of the 8-node or 20-node element models.
A method using the linear matrix algebra is developed in order to determine unknown external forces in linear structural analyses. The method defines a matrix which represents the linearity of the vibrational analysis for a structural system. The unknown external forces are determined by the operations of the matrix. The method is applied to find an engine motion in an automobile system. For a simulation process, an exhaust system is modeled and analyzed by the finite element method. The validity of the simulation is verified by comparing with the experimental results the free vibration. Also, an experiment on the forced vibration is performed to determine the damping ratio of the exhaust sysetm. Estimated model parameters(natural frequency, mode shape) are in accord with the experimental results. Because the method merely repeats the transpose and inverse operations of a matrix, the solution is extremely easy and simple. Moreover, it is more accurate than the existing methods in that there is no artificial assumptions in the calculation processes. Therefore, the method is found to be reliable for the analysis of the exhaust system considering the characteristics of vibrations. Although the suggested method is tested by only the exhaust system here, it can be applied to general structures.
One-dimensional rod theory is very effective as a simplified analytical approach to large scale or complicated structures such as high-rise buildings, in preliminary design stages. It replaces an original structure by a one-dimensional rod which has an equivalent stiffness in terms of global properties. The mechanical behavior of structures composed of distinct constituents of different stiffness such as coupled walls with opening is significantly governed by the local variation of stiffness. Furthermore, in structures with setback the distribution of the longitudinal stress behaves remarkable nonlinear behavior in the transverse-wise. So, the author proposed the two-dimensional rod theory as an extended version of the rod theory which accounts for the two-dimensional local variation of structural stiffness; viz, variation in the transverse direction as well as longitudinal stiffness distribution. This paper proposes how to deal with the two-dimensional rod theory for structures with setback. Validity of the proposed theory is confirmed by comparison with numerical results of computational tools in the cases of static, free vibration and forced vibration problems for various structures. The transverse-wise nonlinear distribution of the longitudinal stress due to the existence of setback is clarified to originate from the long distance from setback.
The major purpose of this study is to determine the dynamic behavior of soil-pile-structure interaction system considering the underground cavity. For the analysis, a numerical method fur ground response analysis using FE-BE coupling method is developed. The total system is divided into two parts so called far field and near field. The far field is modeled by boundary element formulation using the multi-layered dynamic fundamental solution that satisfied radiational condition of wave. And this is coupled with near field modeled by finite elements. For the verification of dynamic analysis in the frequency domain, both forced vibration analysis and free-field response analysis are performed. The behavior of soil non-linearity is considered using the equivalent linear approximation method. As a result, it is shown that the developed method can be an efficient numerical method to solve the seismic response analysis considering the underground cavity in 2D problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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