A formulation to perform static equilibrium and linear vibration analysis is presented in this paper. The formulation employs minimum number of equations of motion which are derived by using a partial velocity matrix. The static equilibrium analysis is performed first, then the linear vibration analysis is performed at the static equilibrium position. By using the formulation presented in this paper, static equilibrium and linear vibration analysis of a high speed electric train system are performed. A single bogie system, a power car vehicle, and a train system which consists of five vehicles are analyzed, respectively. Natural frequencies and a few lowest mode shapes of the two are identified in this paper.
Azandariani, Mojtaba Gorji;Gholami, Mohammad;Nikzad, Akbar
Advances in nano research
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제12권1호
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pp.37-47
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2022
In this paper, the non-linear static analysis of Timoshenko nanobeams consisting of bi-directional functionally graded material (BFGM) with immovable ends is investigated. The scratching in the FG nanobeam mid-plane, is the source of nonlinearity of the bending problems. The nonlocal theory is used to investigate the non-linear static deflection of nanobeam. In order to simplify the formulation, the problem formulas is derived according to the physical middle surface. The Hamilton principle is employed to determine governing partial differential equations as well as boundary conditions. Moreover, the differential quadrature method (DQM) and direct iterative method are applied to solve governing equations. Present results for non-linear static deflection were compared with previously published results in order to validate the present formulation. The impacts of the nonlocal factors, beam length and material property gradient on the non-linear static deflection of BFG nanobeams are investigated. It is observed that these parameters are vital in the value of the non-linear static deflection of the BFG nanobeam.
In this paper, to examine the difference between the linear and non-linear static, dynamic analysis for a structure, a cantilevered beam was used. Then, an external transverse static and dynamic loads were applied at the free end of the beam. Classical theories were used for the linear analysis and the EDISON CSD solver, co-rotational dynamic FEM program, was used for nonlinear analysis. In the static analysis, effects of the load for the beam deflection were observed in the linear and nonlinear analysis. Then, normalized displacement of tip of the beam was predicted for different frequency ration and a significant difference was obtained in the vicinity of the resonant frequency. In addition, effects of frequency and time for the beam deflection were investigated to find the frequency delay.
A formulation to perform static equilibrium and linear vibration analysis is presented in this paper. The formulation employs minimum number of equations of motion which are derived by using a partial velocity matrix, The static equilibrium analysis is performed first, then the linear vibration analysis is performed at the static equilibrium position. By using the formulation presented in this paper, static equilibrium and linear vibration analysis of a high speed electric train system are performed. A single bogie system, a power vehicle, and a train system which consists of five vehicles are analyzed, respectively. Natural frequencies and a few lowest mode shapes of the three are identified in this paper.
Nonlinear Response Optimization using Equivalent Static Loads (NROESL) method/algorithm is proposed to perform optimization of non-linear response structures. The conventional method spends most of the total design time on nonlinear analysis. The NROESL algorithm makes the equivalent static load cases for each response and repeatedly performs linear response optimization and uses them as multiple loading conditions. The equivalent static loads are defined as the loads in the linear analysis, which generates the same response field as those in non-linear analysis. The algorithm is validated for the convergence and the optimality. The proposed algorithm is applied to a simple mathematical problem to verify the convergence and the optimality.
본 논문에서는 구조물에 작용하는 하중의 크기와 진동수에 따른 거동의 비선형성을 확인하고 정확한 예측을 위한 방법을 모색하기 위하여 외팔보의 정적 및 동적해석의 수행에서 선형, 비선형 해석의 결과를 비교하는 연구를 진행하였다. 우선 보의 자유단에 수직방향의 정적 및 동적 하중을 가한 상황을 예측하였다. 선형 해석방법으로 고전 외팔보 이론을 적용하였고, co-rotational dynamic 유한요소해석 기법을 개발하여 비선형 해석방법으로 사용하였다. 먼저 정적해석에서 외력의 크기가 달라질 때 선형 및 비선형 해석 예측이 어떠한 차이를 보이는지 비교하였다. 그리고 동적해석을 통해 가진 진동수의 변화에 따른 보 끝단의 무차원화된 변위의 양상을 연구하였고, 공진진동수 근방에서의 상당한 변위가 발생함을 보였다. 마지막으로 주파수 지연현상을 조사하기 위해 특정 진동수에서의 시간 경과에 따른 보의 변위를 확인하였다.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권1호
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pp.56-69
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2005
In this paper, it is clearly shown that the two well-known necessary and sufficient conditions mp n as generic static output feedback pole-assignment and mp + d(m+p) n+d as generic minimum d-th order dynamic output feedback pole-assignment on complex field, unbelievably, do not match up each other in strictly proper linear systems. For the analysis, a diagram analysis is newly created (which is defined by the analysis of 'convoluted rectangular/dot diagrams' constructed via node-branch conversion of the signal flow graphs of output feedback gain loops). Under this diagram analysis, it is proved that the minimum d-th order dynamic output feedback compensator for pole-assignment in m-input, p-output, n-th order systems is quantitatively decomposed into static output feedback compensator and its associated d number of arbitrary 1st order dynamic elements in augmented (m+d)-input, (p+d)-output, (n+d)-th order systems. Total configuration of the mismatched data is presented in a Table.
Automobile crash optimization is nonlinear dynamic response structural optimization that uses highly nonlinear crash analysis in the time domain. The equivalent static loads (ESLs) method has been proposed to solve such problems. The ESLs are the static load sets generating the same displacement field as that of nonlinear dynamic analysis. Linear static response structural optimization is employed with the ESLs as multiple loading conditions. Nonlinear dynamic analysis and linear static structural optimization are repeated until the convergence criteria are satisfied. Nonlinear dynamic crash analysis for frontal analysis may not have boundary conditions, but boundary conditions are required in linear static response optimization. This study proposes a method to use the inertia relief method to overcome the mismatch. An optimization problem is formulated for the design of an automobile frontal structure and solved by the proposed method.
Nonlinear Response Optimization using Equivalent Static Loads (NROESL) method/algorithm is proposed to perform optimization of non-linear response structures. It is more expensive to carry out nonlinear response optimization than linear response optimization. The conventional method spends most of the total design time on nonlinear analysis. Thus, the NROESL algorithm makes the equivalent static load cases for each response and repeatedly performs linear response optimization and uses them as multiple loading conditions. The equivalent static loads are defined as the loads in the linear analysis, which generates the same response field as those in non-linear analysis. The algorithm is validated for the convergence and the optimality. The function satisfies the descent condition at each cycle and the NROESL algorithm converges. It is mathematically validated that the solution of the algorithm satisfies the Karush-Kuhn-Tucker necessary condition of the original nonlinear response optimization problem. The NROESL algorithm is applied to two structural problems. Conventional optimization with sensitivity analysis using the finite difference method is also applied to the same examples. The results of the optimizations are compared. The proposed method is very efficient and derives good solutions.
Nonlinear response structural optimization using equivalent static loads (NROESL) has been proposed. Nonlinear response optimization is solved by sequential linear response optimization with equivalent static loads which are generated from the nonlinear responses and linear stiffness matrix. The linear stiffness matrix should be obtained in NROESL, and this process can be fairly difficult for some applications. Proportional transformation of loads (PTL) is proposed to overcome the difficulties. Equivalent static loads are obtained by PTL. It is the same as NROESL except for the process of calculating equivalent static loads. PTL is developed for large-scale probems. First, linear and nonlinear responses are evaluated from linear and nonlinear analyses, respectively. At a DOF of the finite element method, the ratio of the two responses is calculated and an equivalent static load is made by multiplying the ratio and the loads for linear analysis. Therefore, the mumber of the equivalent static loads is as many as that of DOF's and an equivalent static load is used with the reponse for the corresponding DOF in the optimization process. All the equivalent static loads are used as multiple loading conditions during linear response optimization. The process iterates until it converges. Examples are solved by using the proposed method and the results are compared with conventional methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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