This paper describes an experimental analysis for improving the stability of blade failure due to the vibration resonance, which happens in the low-pressure steam turbine. Some cracks due to high cycle fatigue were found in the blades of a low-pressure turbine after long time operation. Impact test showed that such failure was mainly caused by the resonance. In other words, since one of the natural frequencies of the grouped blade is very close to the excitation frequency of the nozzle, the resonant vibration leads to a large amplitude of displacement and results in a large amount of stress that may cause fatigue failures in the blades. It is interesting that the blade failures occur only at blades neighboring with the nodal points of the natural vibration mode whose natural frequency is close to the nozzle passing frequency. The effective methods for increasing the reliability against the blade vibration are a heightening the fatigue limit of the blade using an advanced material and a removing the resonance away from the operating speed. It is well known that the removal of theresonance could be obtained by the installation of different types of shrouds, wires, and links between the blades as well as by the chance of the number of nozzles. In the present work, two kinds of modification for avoiding the resonance haute been considered; 1) slot-type finger, 2) long span cover. Full-scale mockup tests have been performed in order to confirm the verification for modification in the shop. Test results show that the use of long span cover is very useful to change the natural frequencies of the grouped blade and to avoid the resonance effectively.
The purpose of this paper is to study the geometrically nonlinear free vibration of functionally graded nano/micro beams (FGNBs) based on the modified couple stress theory. For practical applications, some analytical expressions of nonlinear frequencies for FGNBs on a nonlinear Pasternak foundation are developed. Hamilton's principle is employed to obtain nonlinear governing differential equations in the context of both Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories for a comprehensive investigation. The modified continuum theory contains one material length scale parameter to capture the size effect. The variation of two-constituent material along the thickness is modeled using Reddy's power-law. Also, the Mori-Tanaka method as an accurate homogenization technique is implemented to estimate the effective material properties of the FGNBs. The results are presented for both hinged-hinged and clamped-clamped boundary conditions. The nonlinear partial differential equations are reduced to ordinary differential equations using Galerkin method and then the powerful method of homotopy analysis is utilized to obtain the semi-analytical solutions. Eventually, the presented analytical expressions are used to examine the influences of the length scale parameter, material gradient index, and elastic foundation on the nonlinear free vibration of FGNBs.
In order to consider the reduced mass effects on the out-of-plane ring inversion vibration of 1,3-CHD, the vector-based computer program has been written and the kinetic energy expansion function for the large amplitude ring inversion vibration has been calculated using this program. The structural parameters for the calculations have been determined from the ab initio HF/6-31G** calculation. The potential energy function for the out-of-plane ring inversion vibration of 1,3-CHD has been determined from the kinetic energy expansion function and previously reported low-frequency Raman data. The vibrational Hamiltonian calculation including kinetic energy expansion function made it possible to determine the more reliable out-of-plane potential energy function for the ring inversion of 1,3-CHD.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.59-63
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2011
Friction damping is one of the attractive vibration control technique for space structures due to its simplicity and large damping capacity. However, passive approaches for friction damping have a limitation because energy is no longer dissipated at sticking. In order to overcome this problem, semi-active control methods to adjust normal force at frictional interface have been studied in previous researches. In this paper, two semi-active friction control method is compared by simulating SDOF model of truss structure. The first approach is on-off control to maximize rate of energy dissipation, whereas the second concept is variable friction force control to minimize amplitude ratio for each half period. The maximum friction force, control variable in on-off control method, is obtained to minimize 1% settling time, and is different from optimal friction force in passive control. Simulation results show that performance of on-off control is better than that of variable friction force control in terms of settling time and controlled friction force.
The vibration of fuel rods in axial flow is a universally recognized issue within both engineering and academic communities due to its significant importance in ensuring structural safety. This paper aims to thoroughly investigate the stability and nonlinear vibration of a fuel rod subjected to axial flow in a newly designed high temperature gas cooled reactor. Considering the possible presence of thermal expansion and large deformation in practical scenarios, the thermal effect and geometric nonlinearity are modeled using the von Karman equation. By applying Hamilton's principle, we derive the comprehensive governing equation for this fluid-structure interaction system, which incorporates the quadratic nonlinear stiffness. To establish a connection between the fluid and structure aspects, we utilize the Galerkin method to solve the perturbation potential function, while employing mode expansion techniques associated with the structural analysis. Following convergence and validation analyses, we examine the stability of the structure under various conditions in detail, and also investigate the bifurcation behavior concerning the buckling amplitude and flow velocity. The findings from this research enhance the understanding of the underlying physics governing fuel rod behavior in axial flow under severe yet practical conditions, while providing valuable guidance for reactor design.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.12
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pp.151-156
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2000
A vibration in a high-speed machine may lead to machinery malfunction and even catastrophic failure. So solving the vibration problem is a fundamental requirement for the stability of the high-speed machine. The flywheel energy storage system using superconducting magnetic bearings is a device to store electrical energy as rotational kinetic energy by motor and to convert it to electrical by generator when necessary. The high-speed rotating flywheel has large amplitude at a critical speed. And it has an unstable behavior by the electric torque at the first stage of the energy generation. In this paper, the stability analysis is performed with an analytical model and equations of motion-which is considered the effect of the electric torque-to identify the stable driving condition and the dynamic behavior.
Nonlinear dynamic characteristics of rubbing phenomenon in rotor dynamics are investigated experimentally and numerically. Rubbing phenomenon occurs when rotor contacts with stator during whirling and causes the large amplitude of vibration, high whirl frequencies, and possibly catastrophic failure. Rubbing has various types of forward whirl, backward rolling, backward slipping, and partial rub depending on the system parameters of rotating machinery and running speed. Experiments are performed for forward whirl and backward whirl. And numerical analysis are conducted to explain the changes between backward rolling and backward slipping. Experimental and numerical results show that the types of whirling motion depends on the friction coefficient between rotor and stator and the eccentricity of rotor.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1995.04a
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pp.121-128
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1995
The results are summarized as what follows: 1) The modeling of thin beams, which is a continuous system, into a two DOF system yields satisfactory results for the chaotic vibrations. 2) The concept of "natural forcing function" derived from the eigenfunction of the bifurcation mode is very useful for the natural responses of the system. 3) Among the perturbation techniques, HBM is a good estimate for the response when the geometry of motion is known. 4) It is known that there exist periodic solutions of coupled mode response for somewhat large damping and forcing amplitude, as well as weak damping and forcing. 5) The route-to-chaos related with lateral instability in thin beams is composed of period-doubling and quasiperiodic process and finally follows discontinuous period-doubling process. 6) The chaotic vibrations are verified by using Poincare maps, FFT's, time responses, trajectories in the configuration space, and the very powerful technique Lyapunov characteristics exponents.exponents.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.9
s.114
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pp.958-963
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2006
The motion of a system composed of a plate, constant springs and varying dampers is considered when the system is subject to harmonic force. Letting the frequencies of harmonic force and damper variation $f_1\;and\;f_2$, respectively, the displacement at the center of the plate has the strongest component at frequency $f_1$. The angular displacement of the plate has strong components at $f_1-f_2$ and the natural frequency of the rotational mode of the system. If these two frequencies coincide, the plate oscillates with almost single frequency and a large amplitude. These results can be applied to development of a moment shaker with low frequencies.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1455-1460
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2000
When a tube is oscillated at a resonant frequency, acoustic variables such as density, velocity, and pressure undergo very large perturbation, often described as nonlinear oscillation. In order to analyze these phenomena, nonlinear governing equation has been drived and solved numerically. Numerical simulations were accomplished to study the effect of the tube shape on the maximum pressure we can obtain. The tubes of cylindrical, conical, and cosine-shape, which have same volume and length, were investigated. Results show that the resonant frequency and patterns of pressure waves strongly depend on not only the tube shape but also the amplitude of driving acceleration. The degree of non-linearity of wave patterns was also measured by the newly defined nonlinear energy ratio of the pressure signals. It was found that the 1/2 cosine-shape tube is more suitable to induce high compression ratio than other shapes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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