This study presents a methodical investigation into improving structural designs through the analytical examination of the dynamic behavior of functionally graded plates (FGPs) resting on viscoelastic foundations. By employing a four variable first-order shear deformation theory, the study computes non-dimensional frequencies for a variety of porous FGPs with diverse graded patterns and porosity distributions. Different gradient patterns of the plates are considered, and three distinct functions-sigmoid (S-FGM), exponential (E-FGM), and power-law (P-FGM)-are utilized to assess material performance in specific directions. The equations of motion are derived and solved using both Navier's method and Hamilton's principle. Analytical solutions for vibration frequency are provided to validate the proposed methodology against existing literature. Furthermore, a comprehensive parametric analysis is conducted, taking into account various factors such as ceramic material, porosity distribution, gradient index, length-to-thickness ratio, gradient pattern, and damping coefficient. The findings suggest that enhancing the damping coefficient of the viscoelastic foundation can significantly improve the free-vibrational response of functionally graded material plates.
A silicon microaccelerometer is designed and fabricated using silicon epitaxial layers for automotive electronic airbag applications. A cantilever structure is chosen for high sensitivity and piezoresistive detection method is adopted for circuit simplicity and low cost. An optimum design is used to find optimum microstructure sizes for maximum sensitivity subject to performance requirements and design constraints on natural frequency, damping ratio, maximum allowable stress and microfabrication limitations. The microaccelerometer is fabricated by micromachining processing steps, composed of material-selective and orientation-dependent chemical etching techniques. Fabricated prototype shows a sensitivity of 88.6$\mu\textrm{V}$/g within a resonant frequency of 1.75KHz. Estimated performance of the microaccelerometer is compared with measured one. Discrepancy between the theoretical values and the experimental values is discussed together with possible sources of the errors.
This paper deals with a novel shunt circuit, which is capable of suppressing multimode vibration amplitudes by using a pair of piezoceramic patches. In order to describe the characteristic behaviors of a piezoelectric damper connected with a series and a parallel resistor-negative capacitor branch circuit, the stiffness ratio and loss factor with respect to the non-dimensional frequency are considered. The mechanism of the shunt damper is also described by considering a shunt voltage constrained by shunt impedance. To obtain a guideline model of the piezo/beam system with a negative capacitive shunting, the governing equations of motion are derived through the Hamilton's principle and a piezo sensor equation as well as a shunt-damping matrix is developed. The theoretical analysis shows that the piezo/beam system combined with a series and a parallel resistor-negative capacitor branch circuit developed in this study can significantly reduce the multiple-mode vibration amplitudes over the whole structural frequency range.
In this study, the effect of polyurethane foam filler, in addition to surface layer thickness and core material thickness, on vibration characteristics of sandwich structures was investigated. The manufacturing process was carried out according to the Taguchi method. The natural frequencies and damping ratios of the produced samples were determined experimentally for fixed-free boundary conditions. In addition, solid models were developed for test samples and their finite element analyses were performed with $ANSYS^{(R)}$ to obtain their natural frequencies and mode shapes. An acceptably good agreement was found with the comparison of experimental results with the numerically obtained ones. The most effective parameters on the vibration characteristics of the sandwich structure were determined by the Taguchi method.
Many type of smart materials and control laws are available to actively adjust the structure from various external disturbances. Usually, a certain type of control law to activate a specific smart material is tell established, but the effectiveness of the control scheme is limited by the choice of the smart materials and the responses of the structure. ER fluid is adequate to provide small but arbitrary control forces at any point along the structure. It was found that active vibration control of the structure embedded with ER fluids fluidly to suppress the vibration excited with broad band frequency due to the limited change of the structure characteristics. To compensate this limited effect of the control scheme with ER fluid alone, PPF control using PZT as an actuator is added to construct a hybrid controller.
The problem of sound radiation from infinite elastic beams under the action of harmonic point forces is studied. The reaction due to fluid loading on the vibratory response of the beam is taken into account. The beam is assumed to occupy the plane z = 0 and to be axially infinite. The beam material and the elastic foundation re assumed to be lossless and Bernoulli-Euler beam theory including a tension force (T), damping coefficient (C) and stiffness of foundation $(\kappa_s)$ will be employed. The non-dimensional sound power is derived through integration of the surface intensity distribution over the entire beam. The expression for sound power is integrated numerically and the results are examined as a function of wavenumber ratio$(\gamma)$ and stiffness factor$(\Psi)$. Here, our purpose is to explain the response of sound power over a number of non-dimensional parameters describing tension, stiffness, damping and foundation stiffness.
The problem of sound radiation from infinite elastic beams under the action on harmonic moving line forces is studies. The reaction due to fluid loading on the vibratory response of the beam is taken into account. The beam is assumed to occupy the plane z=0 and to be axially infinite. The beam material and elastic foundation are assumed to be lossless and Bernoulli-Euler beam theory including a tension force (T), damping coefficient (C) and stiffness of foundation $(\kappa_s)$ will be employed. The non-dimensional sound power is derived through integration of the surface intensity distribution over the entire beam. The expression for sound power is integrated numerically and the results examined as a function of Mach number (M), wavenumber ratio$(\gamma{)}$ and stiffness factor $(\Psi{)}$. Here, our purpose is to explain the response of sound power over a number of non-dimensional parameters describing tension, stiffness, damping and foundation stiffness.
A theoretical model has been studied to describe the sound radiation analysis for structure vibration noise of vehicle tires under the action of random moving line forces. When a tire is analyzed, it had been modeled as curved beams with distributed springs and dash pots that represent the radial , tangential stiffness and damping of tire, respectively. The reaction due to fluid loading on the vibratory response of the curved beam is taken into account. The curved beam is assumed to occupy the plane y=0 and to be axially infinite. The curved beam material and elastic foundation are assumed to be lossless Bernoulli-Euler beam theory including a tension force, damping coefficient and stiffness of foundation will be employed. The expression for sound power is integrated numerically and the results examined as a function of Mach number, wave-number ratio and stiffness factor. The experimental investigation for structure vibration noise of vehicle tire under the action of random moving line forces has been made. Based on the Spatial Transformation of Sound Field techniques, the sound power and sound radiation are measured. Results strongly suggest that operation condition in the tire material properties and design factors of the tire govern the sound power and sound radiation characteristics.
Visco-Plastic Damper (VPD) as a passive energy dissipation device with dual behavior has been recently numerically studied. It consists of two bent steel plates and segments with a viscoelastic solid material in between, combining and improving characteristics of both displacement-dependent and velocity-dependent devices. In order to trust the performance of VPD, for the 1st time this paper experimentally investigates prototype damper behavior under a wide range of frequency and amplitude of dynamic loading. A high-axial damping rubber is innovatively proposed as the viscoelastic layer designed to withstand large axial strains and dissipate energy accordingly. Test results confirmed all assumptions about VPD. The behavior of VPD subjected to low levels of excitation is elastic while with increasing levels of excitation, a significant source of energy dissipation is provided through the yielding of the steel elements in addition to the viscoelastic energy dissipation. The results showed energy dissipation of 99.35 kN.m under a dynamic displacement with 14.095 mm amplitude and 0.333 Hz frequency. Lateral displacement at the middle of the device was created with an amplification factor obtained ranging from 2.108 to 3.242 in the rubber block. Therefore, the energy dissipation of viscoelastic material of VPD was calculated 18.6 times that of the ordinary viscoelastic damper.
MR-TLCD (Magneto-Rheological Tuned Liquid Column Damper) is a new developed vibration control device, which combines the traditional passive control property with active controllability advantage. Based on traditional TLCD governing equation, this study further considers MR-fluid viscosity in the equation and by transforming the non-linear damping term into an equivalent linear damping, a solution can be obtained. In order to find a countable set of parameters for the design of the MR-TLCD system and also to realize its applicability to structures, a series of experimental test were designed and carried out. The testing programs include the basic material properties of the MR-fluid, the damping ratio of a MR-TLCD and the dynamic responses for a frame structure equipped with the MR-TLCD system subjected to strong ground excitations. In both the analytical and experimental results of this study, it is found that the accurately tuned MR-TLCD system could effectively reduce the dynamic response of a structural system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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