This paper present experimental results of source identification for non-minimum phase system. Generally, a causal linear system may be described by matrix form. The inverse problem is considered as a matrix inversion. Direct inverse method can\`t be applied for a non-minimum phase system, the reason is that the system has ill-conditioning. Therefore, in this study to execute an effective inversion, SVD inverse technique is introduced. In a Non-minimum phase system, its system matrix may be singular or near-singular and has one more very small singular values. These very small singular values have information about a phase of the system and ill-conditioning. Using this property we could solve the ill-conditioned problem of the system and then verified it for the practical system(cantilever beam). The experimental results show that SVD inverse technique works well for non-minimum phase system.
Refat, Mohamed;Zappino, Enrico;Sanchez-Majano, Alberto Racionero;Pagani, Alfonso
Advances in aircraft and spacecraft science
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제9권4호
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pp.301-318
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2022
This paper presents the free vibration analysis of 3D printed sandwich beams by using high-order theories based on the Carrera Unified Formulation (CUF). In particular, the component-wise (CW) approach is adopted to achieve a high fidelity model of the printed part. The present model has been used to build an accurate database for collecting first natural frequency of the beams, then predicting Young's modulus based on an inverse problem formulation. The database is built from a set of randomly generated material properties of various values of modulus of elasticity. The inverse problem then allows finding the elastic modulus of the input parameters starting from the information on the required set of the output achieved experimentally. The natural frequencies evaluated during the experimental test acquired using a Digital Image Correlation method have been compared with the results obtained by the means of CUF-CW model. The results obtained from the free-vibration analysis of the FDM beams, performed by higher-order one-dimensional models contained in CUF, are compared with ABAQUS results both first five natural frequency and degree of freedoms. The results have shown that the proposed 1D approach can provide 3D accuracy, in terms of free vibration analysis of FDM printed sandwich beams with a significant reduction in the computational costs.
The NAH based on the inverse BEM is used to reconstruct the source field, which is advantageous in dealing with the irregular source. In the implementation of this technique, a large number of pressure measurements is required because an over-determined pressure data set is required. These conditions accordingly cause the increase of measurement time and associated effort along with the error due to mal-positioning. The purpose of this study is to reduce such inconveniences: Instead of increasing the number of field pressure data, the number of transfer paths between the source and the receiver is increased by placing rigid scattering body in-between the source and receiver. For validating the usefulness and effectiveness of the method, the numerical analyses of interior problem are demonstrated. As a result, it is thought that the proposed method enables the measurement at smaller number of sensor positions and the monitoring of surface vibration with less experimental effects than before.
In this paper, we study the inverse mode shape problem for an Euler-Bernoulli beam, using an analytical approach. The mass and stiffness variations are determined for a beam, having various boundary conditions, which has a prescribed polynomial second mode shape with an internal node. It is found that physically feasible rectangular cross-section beams which satisfy the inverse problem exist for a variety of boundary conditions. The effect of the location of the internal node on the mass and stiffness variations and on the deflection of the beam is studied. The derived functions are used to verify the p-version finite element code, for the cantilever boundary condition. The paper also presents the bounds on the location of the internal node, for a valid mass and stiffness variation, for any given boundary condition. The derived property variations, corresponding to a given mode shape and boundary condition, also provides a simple closed-form solution for a class of non-uniform Euler-Bernoulli beams. These closed-form solutions can also be used to check optimization algorithms proposed for modal tailoring.
In this paper, we investigate the free vibration of axially loaded non-uniform Rayleigh cantilever beams. The Rayleigh beams account for the rotary inertia effect which is ignored in Euler-Bernoulli beam theory. Using an inverse problem approach we show, that for certain polynomial variations of the mass per unit length and the flexural stiffness, there exists a fundamental closed form solution to the fourth order governing differential equation for Rayleigh beams. The derived property variation can serve as test functions for numerical methods. For the rotating beam case, the results have been compared with those derived using the Euler-Bernoulli beam theory.
To determine the modal matrix and modal frequency of engine mount system, we most solve so-called eigen-value problem. However eigen-value problem of engine mount system with hydraulic mount can not be solved by general eigne-analysis algorithm because the properties of hydraulic mount vary with frequency. so in this paper the method for modal analysis of rigid body motions of an engine supported by hydraulic mount is proposed. Natural frequencies and mode shapes of this nonlinear system are obtained by using complex exponential method and Laplace transformation method. In time domain, impulse response functions are calculated by (two-sided) discrete inverse Fourier Transformation of forced frequency response functions achieved by Laplace transformation of the differential equation of motion. Considering the fact that frequency response functions synthesized by modal parameters form proposed method are in good agreement with original FRFs, it is proved that the proposed method is very efficient and useful for the analysis of eigne-value problem of hydraulic engine mount system.
This paper shows the use of wavelet transformation combined with inverse acoustics to reconstruct the surface velocity of a noise source. This approach uses the boundary element analysis based on the measured sound pressure at a set of field points, the Helmholtz integral equations and wavelet transformation for reconstructing the normal surface velocity field. The reconstructed field can be diverged due to the small measurement errors in the case of nearfield acoustic holography (NAH) using an inverse boundary element method. In order to avoid this instability in the inverse problem, the reconstruction process should include some form of regularization for enhancing the resolution of source images. The usual method of regularization has been the truncation of wave vectors associated with small singular values, although the order of an optimal truncation is difficult to determine. In this paper, a wavelet transformation is applied to reduce the computation time for inverse acoustics and to enhance the reconstructed vibration field. The computational speed-up is achieved, with solution time being reduced to $14.5\%$.
This article deals the theory for solving an inverse problem of plate structures using the frequency-domain information instead of classical time-domain delays or free vibration eigenmodes or eigenvalues. A reduced set of output parameters characterizing the defect is used as a regularization technique to drastically overcome noise problems that appear in imaging techniques. A deconvolution scheme from an undamaged specimen overrides uncertainties about the input signal and other coherent noises. This approach provides the advantage that it is not necessary to visually identify the portion of the signal that contains the information about the defect. The theoretical model for Quantitative nondestructive evaluation, the relationship between the real and ideal models, the finite element method (FEM) for the forward problem, and inverse procedure for detecting the defects are developed. The theoretical formulation is experimentally verified using dynamic responses of a steel plate under impact loading at several points. The signal synthesized by FEM, the residual, and its components are analyzed for different choices of time window. The noise effects are taken into account in the inversion strategy by designing a filter for the cost functional to be minimized. The technique is focused toward a exible and rapid inspection of large areas, by recovering the position of the defect by means of a single accelerometer, overriding experimental calibration, and using a reduced number of impact events.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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제2권1호
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pp.33-42
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2002
A computationally efficient stiffness design method for building structures is proposed in which dynamic soil-structure interaction based on the wave-propagation theory is taken into account. A sway-rocking shear building model with appropriate ground impedances derived from the cone models due to Meek and Wolf (1994) is used as a simplified design model. Two representative models, i.e. a structure on a homogeneous half-space ground and a structure on a soil layer on rigid rock, are considered. Super-structure stiffness satisfying a desired stiffness performance condition are determined via an inverse problem formulation for a prescribed ground-surface response spectrum. It is shown through a simple yet reasonably accurate model that the ground conditions, e.g. homogeneous half-space or soil layer on rigid rock (frequency-dependence of impedance functions), ground properties (shear wave velocity), depth of surface ground, have extensive influence on the super-structure design.
The possibility of detecting a crack in L-shaped pipes filled with fluid based on measurement of transverse natural frequencies is examined. The problem is solved by representing the crack by a massless rotational spring, simulating the out-of-plane transverse vibration only without solving the coupled torsional vibration and using the transfer matrix method for solution of the governing equation. The theoretical solutions are verified by experiments. The cracks considered are external, circumferentially oriented and have straight front. Pipes made of aluminium and mild steel are tested with water as internal fluid. Crack size to pipe thickness ratio ranging from 0.20 to 0.57 and fluid (gauge) pressure in the range of 0 to 10 atmospheres are examined. The rotational spring stiffness is obtained by an inverse vibration analysis and deflection method. The details of the two methods are given. The results by the two methods are presented graphically and show good agreement. Crack locations are also determined by the inverse analysis. The maximum absolute error in the location is 13.80%. Experimentally determined variation of rotational spring stiffness with ratio of crack size to thickness is utilized to predict the crack sizes. The maximum absolute errors in prediction of crack size are 17.24% and 16.90% for aluminium and mild steel pipes respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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