Modal parameters are widely used in bridge damage detection, finite element model (FEM) updating and design optimization. However, the conventional modal identification approaches require large number of sensors, enormous data processing workload, but normally result in mode shapes with low accuracy. This paper proposes a modal identification method of time-varying vehicle-bridge system using a single sensor. Firstly, the essential physical relationship between the instantaneous frequency of the vehicle-bridge system and the bridge mode shapes are derived. Subsequently, based on the synchroextracting transform, the instantaneous frequency of the system is tracked through the dynamic response collected by a single sensor, and further the modal parameters are estimated by using the derived physical relationship. Then numerical and experimental examples are conducted to examine the feasibility and effectiveness of the proposed method. Finally, the modal parameters identified by the proposed method are applied in bridge FEM updating. The results manifest that the proposed method identifies the modal parameters with high accuracy via a single sensor, and can provide reliable data for the FEM updating.
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.
Precise and reasonable modelling is necessary and indispensable to the analysis of dynamic characteristics of mechanical structures. Also. the effective prediction of the change of modal properties due to the variation of design parameters is required especially for the application of finite element method to the structural dynamics problems. To meet those necessity and requirement, three model updating algorithms are proposed for finite element methods. Those algorithms are based on sensitivity analysis of the modal data obtained from experimental modal analysis(EMA) and analytical modal analysis(AMA). The adapted sensitivity analysis methods of the algorithms are 1)eigensensitivity(EGNS) method. 2)frequency response function sensitivity(FRFS) method. 3)sensitivity based element-by-element method (SBEEM), Singular value decomposition(SVD) is used for performing eigenanalysis and parameter estimation in the updating process. Those algorithms are applied to finite element of a plate and the updating capability of each algorithm is compared in terms of accuracy. reliability and stability of the updating process. It is shown that the model updating method using frequency response function is superior to the other methods in view of various updating capabilities.
Wean modal parameter estiimation technique by developing a residual based system reconstruction and using the system matrix coordinate transformation. The modal parameters can be estimated from and residues of the system transfer functions expressed in modal coordinate basis, derived from the state space system matrices. However, for modal parameter estimation of mllltivariable and order structural systems over broad frequency bands, this non-iterative algorithm gives high accuracy in the natural fre and damping ratios. From vibration tests on cross-ply and angle-ply composite laminates, the natural frequencies and damping ratios can be estimated using the coordinates of the structural system reconstructed from the experimental frequency response. These results are compared with those of finite element analysis and single-degree-of-freedom curve-fitting..
Conventional modal analysis techniques are known to be inappropriate for asymmetrical rotor systems, when the equations of motion are written in the stationary coordinates, due to the presence of time varying parameters. This paper presents a generalized modal analysis method for asymmetrical rotor systems in the stationary coordinates, employing the modulated coordinates and the lambda matrix formulation. A numerical example with a flexible asymmetric rotor model is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed modal analysis method. As an application of the proposed method, modal analysis is also performed with an open cracked rotor system.
Conventional modal analysis techniques are known to be inappropriate for asymmetrical rotor systems. when the equations of motion are written in the stationary coordinates, due to the presence of time varying parameters. This paper presents a generalized modal analysis method for asymmetrical rotor systems in the stationary coordinates, employing the modulated coordinates and the lambda matrix formulation. A numerical example with a flexible asymmetric rotor model is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed modal analysis method. As an application of the proposed method, modal analysis is also performed with an open cracked rotor system.
Komur, Mehmet A.;Kara, Mehmet E.;Deneme, Ibrahim O.
Structural Engineering and Mechanics
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제74권1호
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pp.121-128
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2020
This paper presents an experimental study on the dynamic characteristics of infilled reinforced concrete (RC) frames. A 1/3-scaled, one-bay, three-storey RC frame was produced and tested by using operational modal analysis (OMA). The experiments were performed on five specimens: one reference frame with no infill walls and four frames with infill walls. The RC frame systems included infill walls made of hollow clay brick, which were constructed in four different patterns. The dynamic characteristics of the patterns, including the frequency, mode shapes and damping ratios in the in-plane direction, were obtained by 6 accelerometers. Twenty-minute records under ambient vibration were collected for each model, and the dynamic characteristics were determined using the ambient vibration testing and modal identification software (ARTeMIS). The experimental studies showed that the infill walls significantly affected the frequency value, rigidity and damping ratio of the RC frame system.
Resonance phenomena occurs at large vertical pump which is operating to cool down the hot steam using sea water in the power plant. To avoid the resonance, the natural frequency needs to be isolated about 20% from motor operating speed. Yet, excessive vibration occurs especially at low tide. At first, natural frequency of the whole pump system and each part is calculated using ANSYS. As it is revealed in the previous journal papers that only circular pipe part is related to resonance, the FSI technique is applied for free vibration analysis. The natural frequency is reduced to 60% (compared to that) of the frequency measured in air as it is similar to other published results. And the frequency obtained by finite element analysis is almost same to that obtained from modal test. Based on the accurate finite element model and analysis, design change is tried to avoid the resonance by changing the thickness of pipe and base supporting plate. In stead of doing optimization process, design sensitivity is computed and used to find such designs to avoid resonance.
In this study, dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios of RC frame is determined for different construction stages using Operational Modal Analyses method under ambient vibration. Full scaled, one bay and one story RC frames are selected as an application for different construction stages such as plane, brick in-filled and brick in-filled with plaster. The RC frame is vibrated by natural excitations with small impact effects and the response signals are measured using sensitive accelerometers during ambient vibration tests. Measurement time-frequency span and effective mode number are determined by considering similar studies in literature. Sensitive seismic accelerometers are used to collect signals obtained from the experimental tests. To obtain experimental dynamic characteristics, output-only system identification technique is employed namely; Enhanced Frequency Domain Decomposition technique in the frequency domain. It is demonstrated that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of RC frames.
Traditionally, it is not easy to carry out tests to identify modal parameters from existing railway bridges because of the testing conditions and complicated nature of civil structures. A six year (2007-2012) research program was conducted to monitor a group of 25 railway bridges. One of the tasks was to devise guidelines for identifying their modal parameters. This paper presents the experience acquired from such identification. The modal analysis of four representative bridges of this group is reported, which include B5, B15, B20 and B58A, crossing the Caraj$\acute{a}$s railway in northern Brazil using three different excitations sources: drop weight, free vibration after train passage, and ambient conditions. To extract the dynamic parameters from the recorded data, Stochastic Subspace Identification and Frequency Domain Decomposition methods were used. Finite-element models were constructed to facilitate the dynamic measurements. The results show good agreement between the measured and computed natural frequencies and mode shapes. The findings provide some guidelines on methods of excitation, record length of time, methods of modal analysis including the use of projected channel and harmonic detection, helping researchers and maintenance teams obtain good dynamic characteristics from measurement data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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