On the premise of ensuring that the static performance of the concrete spreader is met, the first-order natural frequency of the concrete spreader is increased, and the weight of the main beam is reduced. ANSYS is used as an analysis tool to perform modal analysis on the concrete spreader. The natural frequency, mode shape and modal test verification will be obtained to ensure the accuracy of finite element model analysis. Using the ANSYS designxplorer module, the size of the main beam is set, and the response surface model between the parameter variables and the optimization objective is established according to the experimental design points. Screening algorithm and MOGA algorithm are used to multi-optimize the stress, first-order natural frequency and girder weight, and the optimal solution is obtained by comparison. The results of modal analysis are consistent with those of the experiment, and a set of optimal solutions is obtained through the optimization algorithm. The optimal solution obtained can meet the purpose of increasing the first-order natural frequency of the concrete spreader and reducing the weight of the main beam under the premise of ensuring the overall dynamic and static performance of the concrete spreader.
This study examines the wavelet transform for output-only system identification of ambient excited engineering structures with emphasis on its utilization for modal parameter estimation of high-order and closely-spaced modes. Sophisticated time-frequency resolution analysis has been carried out by employing the modified complex Morlet wavelet function for better adaption and flexibility of the time-frequency resolution to extract two closely-spaced frequencies. Furthermore, bandwidth refinement techniques such as a bandwidth resolution adaptation, a broadband filtering technique and a narrowband filtering one have been proposed in the study for the special treatments of high-order and closely-spaced modal parameter estimation. Ambient responses of a 5-story steel frame building have been used in the numerical example, using the proposed bandwidth refinement techniques, for estimating the modal parameters of the high-order and closely-spaced modes. The first five natural frequencies and damping ratios of the structure have been estimated; furthermore, the comparison among the various proposed bandwidth refinement techniques has also been examined.
In present study, Operational Modal Analysis (OMA) was employed to carry out the dynamic and vibration analysis of the threshing unit of the combine harvester thresher as a mechanical component. The main study is to find the causes of vibration and to decrease it to enhance the lifetime and efficiency of the threshing unit. By utilizing OMA, structural modal parameters such as mode shapes, natural frequencies, and damping ratio was calculated. The combine harvester was excited by engine to vibrate different parts and accelerometer sensor collected acceleration signals at different speeds, and OMA was utilized by nonparametric and frequency analysis methods to obtain modal parameters while vibrating in real working conditions. Afterwards, finite element model was designed from the thresher and updated using the data obtained from the modal analysis. Using the conducted analyses, it was specified that proximity of the thresher pass frequency to one of the natural frequencies (16.64 Hz) was the most important effect of vibration in the thresher. Modification process of the structure was carried out by increasing mass required for changing the natural frequency location of the first mode to 12.4 Hz in order to reduce resonance and vibration of the thresher.
Investigation of structural integrity has been a critical issue in the field of civil engineering for years. Visual inspection is one of the most available methods to explore deteriorative components in structures. Still, this method is not applicable to invisible damage of structures. Alternatively, system identification methods are capable of tracking modal properties of structures over time. The deviation of these dynamic properties can serve as indicators to access structural integrity. In this study, a modal tracking technique using frequency-domain system identification from seismic responses of structures is proposed. The method first segments the measured signals into overlapped sequential portions and then establishes multiple Hankel matrices. Each Hankel matrix is then converted to the frequency domain, and a temporal-average frequency-domain Hankel matrix can be calculated. This study also proposes the frequency band selection that can divide the frequency-domain Hankel matrix into several portions in accordance with referenced natural frequencies. Once these referenced natural frequencies are unavailable, the first few right singular vectors by the singular value decomposition can offer these references. Finally, the frequency-domain stochastic subspace identification tracks the natural frequencies and mode shapes of structures through quick stabilization diagrams. To evaluate performance of the proposed method, a numerical study is carried out. Moreover, the long-term monitoring strong motion records at a specific site are exploited to assess the tracking performance. As seen in results, the proposed method is capable of tracking modal properties through seismic responses of structures.
Park Jae-Hyung;Lee Jung-Mi;Kim Jeong-Tae;Ryu Yeon-Sun
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.459-466
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2006
The objective of this study is to improve the accuracy of damage detection using natural frequency and modal strain energy. The following approaches are used to achieve the goal. First, modal strain energy is introduced and newly GA-based damage detection technique using natural frequency and modal strain energy is proposed. Next, to verify efficiency of the proposed technique, damage scenarios for free-free beams are designed and the vibration modal tests as damage cases are conducted. Finally, feasibility of proposed technique is verified in comparison with a GA-based damage detection technique using natural frequency and mode shape.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.1
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pp.81-87
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2004
A 3-D FEM (Finite Element Method) analysis of the turbo-blower shaft attached to a fuel cell was performed using Lanczos algorithm. The modal analysis was analyzed in order to investigate natural frequency and maximum displacement for 10 times. It was found that the first mode of natural frequency is 109.1Hz with the maximum displacement of 0.16mm while the tenth mode of natural frequency is 2464Hz with the maximum displacement of 0.25mm. Consequently, the results of modal analysis of the turbo-blower for a fuel cell system show good dynamic responses.
A precise fit of the implant prosthesis is one of the most important factors in preventing mechanical complications. To analyze the degree of the misfit of implant prosthesis, a modal testing experiment was accomplished. And. to interpret the modal testing analysis mathematically, three-dimensional finite element models were established. In the experimental modal testing analysis, with a laser displacement meter, FFT analyzer, impact hammer, etc., natural frequencies of the models with various degree of prosthesis fit were determined after the frequency response function were calculated. In the finite element analysis, the natural frequencies and mode shapes of the models which simulated those of experimental modal testing were computed. The results were as follows: 1. Natural frequencies of the prosthesis-abutment were related to the contact state between components. 2. In the modal testing experiment, the natural frequencies increased from $50{\mu}m$ to $200{\mu}m$ gap and reached a plateau. 3. In the finite element analysis, the natural frequencies decreased gradually according to the in crease of the gap size. 4. In the finite element analysis, the mode shapes of model 1 with misfitting prosthesis showed different patterns from those without misfitting prosthesis. 5. The devices including a laser displacement meter used in this study were useful for measuring the natural frequencies of an implant prosthesis which had various degrees of fit.
We as modal parameter estimation technique by developing a residual based system reconstruction and using the system matrix coordinate transformation. The modal parameters can be estimated from and residues of the system transfer functions expressed in modal coordinate basis, derived from the state space system matrices. However, for modal parameter estimation of multivariable and order structural systems over broad frequency bands, this non-iterative algorithm gives high accuracy in the natural fre- and damping ratios. From vibration tests on cross-ply and angle-ply composite laminates, the natural frequencies and damping ratios on be estimated using tile coordinates of the structural system reconstructed fro the experimental frequency response. These results are compared with those of finite element analysis and single-degree-of-freedom curve-fitting.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.12
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pp.202-211
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1998
The present paper proposes a modal analysis procedure to obtain exact modal parameters (natural frequencies, damping ratios, eigenvectors) for general, non-uniform beam-like structures. The proposed method includes a derivation of the system dynamic matrix for a Timoshenko beam element. The proposed method provides not only exact modal parameters but also exact frequency response functions (FRFs) for general beam structures. A time domain analysis method is also proposed. Two examples are provided for validating and illustrating the proposed method. The first numerical example compares the proposed method with FEM. The second example deals with a non-uniform beam structure supported in joints with damping property. The numerical study proves that the proposed method is useful for the dynamic analysis of continuous systems consisting of beam-like structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.150-154
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2012
A flow induced mechanical vibration and acoustic resonance should be considered at design stage because they are mainly occurred in the tube bank of boiler. Acoustic resonance is occurred when the vortex shedding frequency of tube bank coincides with the acoustic natural frequency of the cavity. Effective solution to avoid acoustic resonance is installing acoustic baffles in the tube banks parallelly inside of the flow cavity. Thus, location and number of acoustic baffles should be exactly calculated to eliminate the acoustic resonance. This paper presents case study of acoustic resonance due to inappropriate number and location of acoustic baffles. Measured frequency and mode in the study is verified by FEM acoustic modal analysis. The number and location of acoustic baffles to avoid acoustic resonance are calculated by using FEM acoustic modal analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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