Nonlinear forced vibration properties of three-layered plates containing graphene platelets (GPL) filled skins and an auxetic core have been inquired within the present paper. Owning reduced weight as well as reduced stiffness, rectangle-shaped auxetic cores have been frequently made from novel techniques such as additive manufacturing. Here, the rectangle shape core is amplified via the graphene-filled layers knowing that the layers possess uniform and linear graphene gradations. The rectangle shape core has the equivalent material specifications pursuant to relative density value. The sandwich plate is formulated pursuant to Kirchhoff plate theory while a numerical trend has been represented to discretize the plate equations. Next, an analytical trend has been performed to establish the deflection-frequency plots. Large deflections, core density and GPL amplification have showed remarkable impacts on dynamic response of three-layered plates.
Dynamic irregularity and acceleration of bridges subjected to high-speed trains provide crucial information for comprehensive evaluation of the health state of under-track structures. This paper proposes a novel approach for real-time estimation of vertical track dynamic irregularity and bridge acceleration using deep generative adversarial network (GAN) and vibration data from in-service train. The vehicle-body and bogie acceleration responses are correlated with the two target variables by modeling train-bridge interaction (TBI) through least squares generative adversarial network (LSGAN). To realize supervised learning required in the present task, the conventional LSGAN is modified by implementing new loss function and linear activation function. The proposed approach can offer pointwise and accurate estimates of track dynamic irregularity and bridge acceleration, allowing frequent inspection of high-speed railway (HSR) bridges in an economical way. Thanks to its applicability in scenarios of high noise level and critical resonance condition, the proposed approach has a promising prospect in engineering applications.
Mohammad Khorasani;Luca Lampani;Abdelouahed Tounsi
Steel and Composite Structures
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v.47
no.5
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pp.633-644
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2023
Taking a look at the previously published papers, it is revealed that there is a porosity index limitation (around 0.35) for the mechanical behavior analysis of the functionally graded porous (FGP) structures. Over mentioned magnitude of the porosity index, the elastic modulus falls below zero for some parts of the structure thickness. Therefore, the current paper is presented to analyze the vibrational behavior of the FGP Timoshenko beams (FGPTBs) using a novel refined formulation regardless of the porosity index magnitude. The silica aerogel foundation and various hydrothermal loadings are assumed as the source of external forces. To obtain the FGPTB's properties, the power law is hired, and employing Hamilton's principle in conjunction with Navier's solution method, the governing equations are extracted and solved. In the end, the impact of the various variables as different beam materials, elastic foundation parameters, and porosity index is captured and displayed. It is revealed that changing hygrothermal loading from non-linear toward uniform configuration results in non-dimensional frequency and stiffness pushing up. Also, Al - Al2O3 as the material composition of the beam and the porosity presence with the O pattern, provide more rigidity in comparison with using other materials and other types of porosity dispersion. The presented computational model in this paper hopes to help add more accuracy to the structures' analysis in high-tech industries.
The purpose of this paper is to develop a scalable grey predictive controller with unavoidable random delays. Grey prediction is proposed to solve problems caused by incorrect parameter selection and to eliminate the effects of dynamic coupling between degrees of freedom (DOFs) in nonlinear systems. To address the stability problem, this study develops an improved gray-predictive adaptive fuzzy controller, which can not only solve the implementation problem by determining the stability of the system, but also apply the Linear Matrix Inequality (LMI) law to calculate Fuzzy change parameters. Fuzzy logic controllers manipulate robotic systems to improve their control performance. The stability is proved using Lyapunov stability theorem. In this article, the authors compare different controllers and the proposed predictive controller can significantly reduce the vibration of offshore platforms while keeping the required control force within an ideal small range. This paper presents a robust fuzzy control design that uses a model-based approach to overcome the effects of modeling errors. To guarantee the asymptotic stability of large nonlinear systems with multiple lags, the stability criterion is derived from the direct Lyapunov method. Based on this criterion and a distributed control system, a set of model-based fuzzy controllers is synthesized to stabilize large-scale nonlinear systems with multiple delays.
The design of mechanical structures aims to meet criteria, together with the safety of operators and lives in the vicinity of the equipment. Thus, there are several cases that meeting the desired specification causes the mechanical device to perform unstable and, sometimes, chaotic behavior. In these cases, control methods are applied in order to stabilize the device when in operation, aiming at the physical integrity of the component and the device operators. In this work, we will develop a study about the influence of a controller applied in a non-ideal capsule system operating with uncertain parameters, being non-existent in the literature. For this, two initial conditions were used: one that the capsule starts from rest and another that it is already in motion. Thus, the effectiveness of the controller can be assessed in both initial conditions, restricting the movement of the internal vibration-impact system to the capsule.
After a disaster like the catastrophic earthquake, the government have to use rapid assessment of the condition (or damage) of bridges, buildings and other infrastructures is mandatory for rapid feedbacks, rescue and post-event management. Many domain schemes based on the measured vibration computations, including least squares estimation and neural fuzzy logic control, have been studied and found to be effective for online/offline monitoring of structural damage. Traditional strategies require all external stimulus data (input data) which have been measured available, but this may not be the generalized for all structures. In this article, a new method with unknown inputs (excitations) is provided to identify structural matrix such as stiffness, mass, damping and other nonlinear parts, unknown disturbances for example. An analytical solution is thus constructed and presented because the solution in the existing literature has not been available. The goals of this paper are towards access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and manage. Simulation results of linear and nonlinear structures show that the proposed method is able to identify structural parameters and their changes due to damage and unknown excitations. Therefore, the goal is believed to achieved in the near future by the ongoing development of AI and control theory.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.61-68
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2023
The phenomenon of fretting wear due to the flow-induced vibration in steam generator (SG) tube is a significant degradation mechanism in nuclear power plants. Fretting wear in SG tube is primarily attributed to the friction and impact forces between the SG tube and the tube support structures, experienced during nuclear power plants operation. While the Archard model has generally been used for the prediction of fretting wear in SG tube, it is limited by its linear nature. In this study, we introduced an "Impact Shear Work-rate" (ISW) model, which takes into account the combined effects of impact and sliding. The ISW model was evaluated using existing experimental data on fretting wear in SG tube and was compared against the Archard model. The prediction results using the ISW model were more accurate than those using the Archard model, particularly for impact forces.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.5
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pp.82-88
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2018
This study investigated the structure of an 8-pole 8-slot linear generator, which acts as an electromagnetic damper by combining the structure of an electromagnetic suspension device capable of generating electrical energy through energy harvesting by absorbing the vibration energy from the road surface while driving. To compare the energy harvesting effect of the electromagnetic suspension according to the actual road surface, a driving road test was simulated for two actual road conditions, an asphalt road surface and unpacked road surface condition, using a civilian combined vehicle model in conjunction with a vehicle simulation program, Carsim and Simulink. As a result, the relative displacements of the suspensions on the asphalt road surface and the unpaved road were 8 mm and 13 mm, respectively. By applying the suspension displacement value derived by modeling the linear generator coupled to the electromagnetic suspension, the simulation was then performed for an analysis time of 0.3s by applying the same analytical conditions using the commercial electromagnetic analysis program, ANSYS MAXWELL, The average power generation on the unpacked roads and asphalt roads was 198.6W and 98.7W respectively, which was 103.7% higher for unpackaged roads. Finally, to compare the sensitivity of the road surface frequency and the suspension input displacement to the power generation output, the sensitivity of the two variables was 1.725 and 1.283, respectively, and the road surface frequency had a 34.5% higher effect on the average power generation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.10
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pp.985-993
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2015
Free-piston Stirling engines (FPSEs) have attracted much attention in the renewable energy field as a key device in the conversion from thermal to mechanical energy, and in the recycling of waste energy. Traditional Stirling engines consist of two pistons that are connected by a mechanical link, while FPSEs are formed as a vibration system by connecting each piston to a spring without a physical link. To ensure the correct design and control of operations, this requires elaborate dynamic-performance predictions. In this paper, we present the performance-prediction methodology using a linear and nonlinear dynamic analytical model considering the external load of FPSEs. We perform linear analyses to predict the operating point of the engine using the root locus technique. Using nonlinear analysis, we also predict the amplitude of pistons by performing numerical integration considering both the linear and nonlinear damping terms of the external load. We utilize the predicted dynamic behavior to predict the engine performance. In addition, we compare the experiment results and existing model predictions for RE-1000 to verify the reliability of the analytical model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.17-24
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2002
Dynamic behaviors of a bridge system with several simple spans are evaluated to examine the effects of nonlinear abutment motions upon the seismic responses of the bridge. The idealized mechanical model for the whole bridge system is developed by adopting the multi-degree-of-freedom system, which can consider various influential components. To compare the results, both linear and nonlinear abutment-backfill models are prepared. The linear system has the constant abutment stiffness, and the nonlinear system has the nonlinear stiffness considering the abutment stiffness degradation due to the abutment-soil interaction. From simulation results, the nonlinear abutment motion is found to have an important influence upon the global bridge motions. Maximum relative distances between adjacent vibration units are found to be larger than those found from the linear system. In particular, maximum relative distances at the location with the highest possibility of unseating failure are increased up to about 30% in the nonlinear system. The effects of nonlinear behavior of an abutment on the bridge seismic behaviors are also increased as the number of span increase. Therefore, it can be concluded that the abutment-soil interaction should be considered in the seismic analysis of the bridge system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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