Elastic constraints are usually simplified as "spring forces" exerted on beam ends without considering the "spring deformation". The partial differential equation governing the free vibrations of a cantilever Bernoulli-Euler beam considering the deformation of elastic constraints is firstly established, and is nondimensionalized to obtain two dimensionless factors, $k_v$ and $k_r$, describing the effects of elastically vertical and rotational end constraints, respectively. Then the frequency equation for the above Bernoulli-Euler beam model is derived using the method of separation of variables. A numerical analysis method is proposed to solve the transcendental frequency equation for the continuous change of the frequency with $k_v$ and $k_r$. Then the mode shape functions are given. Finally, effects of $k_v$ and $k_r$ on free vibration characteristics of the beam with different slenderness ratios are calculated and analyzed. The results indicate that the effects of $k_v$ are larger on higher-order free vibration characteristics than on lower-order ones, and the impact strength decreases with slenderness ratio. Under a relatively larger slenderness ratio, the effects of $k_v$ can be neglected for the fundamental frequency characteristics, while cannot for higher-order ones. However, the effects of $k_r$ are large on both higher- and lower-order free vibration characteristics, and cannot be neglected no matter the slenderness ratio is large or small.
Deciding on an optimal sensor placement (OSP) is a common problem encountered in many engineering applications and is also a critical issue in the construction and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system. The present study focuses with techniques for selecting optimal sensor locations in a sensor network designed to monitor the health condition of Dalian World Trade Building which is the tallest in the northeast of China. Since the number of degree-of-freedom (DOF) of the building structure is too large, multi-modes should be selected to describe the dynamic behavior of a structural system with sufficient accuracy to allow its health state to be determined effectively. However, it's difficult to accurately distinguish the translational and rotational modes for the flexible structures with closely spaced modes by the modal participation mass ratios. In this paper, a new method of the OSP that computing the mode shape matrix in the weak axis of structure by the simplified multi-DOF system was presented based on the equivalent rigidity parameter identification method. The initial sensor assignment was obtained by the QR-factorization of the structural mode shape matrix. Taking the maximum off-diagonal element of the modal assurance criterion (MAC) matrix as a target function, one more sensor was added each time until the maximum off-diagonal element of the MAC reaches the threshold. Considering the economic factors, the final plan of sensor placement was determined. The numerical example demonstrated the feasibility and effectiveness of the proposed scheme.
Korean pyeongyeong, a set of sixteen L-shape chime stones covering one and one third octaves, is a standard instrument in the Korean traditional court music. We analyze the vibrational mode frequencies in a pyeongyeong replica which is played at the National Center for Korean Traditional Performance Arts and pyeongyeong remains which are exhibited at King Sejong Memorial Museum. The modal shapes on the Whangjong, the 1st stone and Cheonghyurjong, the 16th stone mapped by scanning accelerometer, TV holography and STAR system. The nominal frequencies in pyeongyeong replica at the National Center for Korean Traditional Performance Arts increase linearly with the thickness of the stones and the tones are tuned in line with the musical scale of Sambunsonik. The sexagenary cycles on the pyeongyeong remains at King Sejong Memorial. which show the Year of product indirectly, are different each other and the tones are not tuned in scale. The relative frequency ratios of each modes on stones differ more than just-noticeable differences from those on the pyeongyeong replica. Modal shapes are same for the two stones regardless of the thickness.
Cylindrical shell structures buckle at service loads which are much lower than their associated theoretical buckling loads. The main source of this discrepancy is the presence of various imperfections which are created on the cylinder body during different processes as manufacturing, handling, assembling and machining. Many cylindrical shell structures are still designed against buckling based on the experimental data introduced by NASA SP-8007 as conservative lower bound curves. This study employed the numerical based Linear Buckling mode shape Imperfection (LBMI) method and modified it using a stochastic method to assess the effect of geometrical imperfections in more details on the buckling of cylindrical shells with and without the cutout. The comparison of results with those obtained from the numerical Simcple Perturbation Load Imperfection (SPLI) method for cylinders with and without cutout revealed a good correlation. The effect of two parameters of size and number of cutouts on the buckling load was investigated using the linear buckling and Modified LBMI methods. Results confirmed that in cylinders with a small cutout inserting geometrical imperfection using either SPLI or modified LBMI methods significantly reduced the value of the predicted buckling load. However, in cylinders with larger cutouts, the effect of the cutout is dominant, thus considering geometrical imperfection had a minor effect on the buckling loads predicted by both SPLI and modified LBMI methods. Furthermore, the modified LBMI method was employed to evaluate the combination effect of cutout numbers and size on the buckling load. It is shown that in small cutouts, an increasing in the cutout size up to a certain value resulted in a remarkable reduction of the buckling load, and beyond that limit, the buckling loads were constant against D/R ratios. In addition, the cutout number shows a more significant effect on decreasing the buckling load at small D/R ratios than large D/R ratios.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.312-317
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2005
Fluid-elastic instability and turbulence excitation for an under developing steam generator are investigated numerically. The stability ratio and the amplitude of turbulence excitation are obtained by using the PIAT (Program for Integrity Assessment of Steam Generator Tube) code from the information on the thermal-hydraulic data of the steam generator. The aspect ratio, the ratio between the height of U-tube from the upper most tube support plate (h) and the width of two vertical portion of U-tube (w), is defined for geometric parameter study. Several aspect ratios with relocation of tube support plates are adopted to study the effects on the mode shapes and characteristics of flow-induced vibration. When the aspect ratio exceeds value of 1, most of the mode shapes at low frequency are generated at the top of U-tube. It makes very high value of the stability ratio and the amplitude of turbulent excitation as well. We can consider that the local mode shape at the upper side of U-tube will develop the wear phenomena between the tube and the anti-vibration bars such as vertical, horizontal, and diagonal strips. It turns out that the aspect ratio reveals very important parameter for the design stage of the steam generator. The appropriate value of the aspect ratio should be specified and applied.
Kim, Hyung-Jin;Park, Chi-Yong;Park, Myoung-Ho;Ryu, Ki-Whan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.9
s.102
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pp.1009-1015
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2005
Fluid-elastic instability and turbulence excitation for an under developing steam generator are investigated numerically. The stability ratio and the amplitude of turbulence excitation are obtained by using the $PIAT^{(R)}$ (program for integrity assessment of steam generator tube) code from the information on the thermal-hydraulic data of the steam generator. The aspect ratio, the ratio between the height of U-tube from the upper most tube support Plate (h) and the width of two vertical portion of U-tube (w), is defined for geometric parameter study. Several aspect ratios with relocation of tube support plates are adopted to study the effects on the mode shapes and characteristics of flow-induced vibration. When the aspect ratio exceeds value of 1, most of the mode shapes at low frequency are generated at the top of U-tube. It makes very high value of the stability ratio and the amplitude of turbulent excitation as well. We can consider that the local mode shape at the upper side of U-tube will develop the wear phenomena between the tube and the anti-nitration bars such as vortical, horizontal, and diagonal strips. It turns out that the aspect ratio reveals very important parameter for the design stage of the steam generator. The appropriate value of the aspect ratio should be specified and applied.
In this paper, 54 pull-out specimens and 36 cubic specimens with different replacement ratios of fly ash in the concrete (i.e., 0%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%) were fabricated to evaluate the bond at the interface between fly ash concrete and steel rebar. The results showed that the general shape of the bond-slip curve between fly ash concrete and steel rebar was similar to that for the normal concrete and steel rebar. The bond strength between fly ash concrete and the steel rebar was closer to each other at the same rebar diameter, irrespective of the fly ash replacement percentage. On the basis of a regression analysis of the experimental data, a revised bond strength mode and bond-slip relationship model were proposed to predict the bond-slip behaviour of high volume fly ash concrete and steel rebar.
Kim, Do Kyun;Poh, Bee Yee;Lee, Jia Rong;Paik, Jeom Kee
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.2
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pp.247-259
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2018
In this study (Part I), an advanced empirical formulation was proposed to predict the ultimate strength of initially deflected steel plate subjected to longitudinal compression. An advanced empirical formulation was proposed by adopting Initial Deflection Index (IDI) concept for plate element which is a function of plate slenderness ratio (${\beta}$) and coefficient of initial deflection. In case of initial deflection, buckling mode shape, which is mostly assumed type in the ships and offshore industry, was adopted. For the numerical simulation by ANSYS nonlinear finite element method (NLFEM), with a total of seven hundred 700 plate scenarios, including the combination of one hundred (100) cases of plate slenderness ratios with seven (7) representative initial deflection coefficients, were selected based on obtained probability density distributions of plate element from collected commercial ships. The obtained empirical formulation showed good agreement ($R^2=0.99$) with numerical simulation results. The obtained outcome with proposed procedure will be very useful in predicting the ultimate strength performance of plate element subjected to longitudinal compression.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.6
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pp.87-93
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2004
An experimental is carried out to investigate the characteristics of blanking for nickel alloy Alloy42 (t=0.203mm), a kind of IC lead frame material. By varying clearance between die and punch the shapes of shear profile are examined. Finite element analysis with element deletion algorithm for ductile fracture mode is also carried out to study the effect of clearance theoretically and to compare with experimental results. The rectangular shape specimen with four different comer radius is used to study the characteristics of blanking for straight side and comer region simultaneously. As the result the ratios measured k(m experiment of roll over, burnish and fracture zone based on initial blank thickness are compared with those of FE analysis. Both experiment and FE analysis show that the amount of mil over and fracture is increased as the clearance increases. When the radius of comer is less than thickness of blank it has been found that larger clearance is required than that of straight region in order to maintain same quality of shear profile at the comer region.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.84-91
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2003
Flow-Induced Vibration of steam generator tubes may result in fretting wear damage at the tube-to-support locations. KSNP(Korean Standard Nuclear Power plant) steam generators experienced fretting wear in the upper part of U-bend above the central cavity region of steam generators. This region has conditions susceptible to the flow-induced vibration, such as high flow velocity, high void fraction, and longer unsupported span. To improve its performance, APR1400 steam generator is designed with additional supports in this region to reduce unsupported span and to reduce peak velocity in the central cavity region. In this paper, we examined its performance improvement using ATHOS code. The thermal-hydraulic condition in the region of secondary side of APR1400 steam generator is obtained using the ATHOS3 code. The effective mass for modal analysis is calculated using the void fraction, enthalpy, and operating pressure information from ATHOS3 code result. With the effective mass distribution along the tube, natural frequency and mode shape is obtained using ANSYS code. Finally, stability ratios and real mean squared displacements for selected tubes of the APR1400 steam generator are computed. From these results, the current design of the APR1400 steam generator are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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