This paper described the dynamic characteristics of 20-story apartment buildings from the results of full-scale measurements and analysis. The natural frequencies and mode shapes are quantified by measuring and analyzing ambient vibrations of the structure and compared with the results from dynamic analysis. Comparison with computed mode shapes and frequencies shows good agreement with the experimental results. It proved that it is important to estimate coupling beam and soil parameters through a comparison of the measured results with calculated results.
본 논문은 해석과 실험을 통하여 구형 압전 변환기의 점대칭 방사모드 진동 특성을 규명하는 것을 목적으로 한다. 반경 방향 좌표와 시간의 함수인 반경 방향 변위와 전기 퍼텐셜로 표현되는 지배방정식을 구성한다. 역학적 경계조건과 전기적 경계조건을 적용하여 방사 진동의 특성방정식을 유도한다. 이 식을 이용하여 압전 고유진동수를 계산하고, 그 결과를 측정 결과와 비교한다. 수치계산을 통하여 압전 공진과 탄성 공진의 차이, 구형 압전체의 반경 및 두께에 따른 고유진동수 등을 고찰한다. 그 결과 1차 방사모드의 고유진동수 크기는 압전현상으로 인해 작아지며 구형의 곡률 반지름이 커짐에 따라 지수함수적으로 작아지는 것을 알게 되었다.
본 연구에서는 원형평판의 경계조건을 일부분은 고정단으로 일부분은 자유단 으로 구성하여 자유단각 .alpha.(Fig.4 참조)를 0˚, 30˚, 60˚, 90˚, 120˚, 150˚, 180˚로 변화시킴에 따른 진동모드를 시간평균 홀로그래픽 간섭계(time-average holographic interferometry)를 이용해 분석하고 자유단의 변화에 따른 고유진동수의 비를 비교하였고, 레이저 도플러 유속계(LDV)를 변형한 레이저 도플러 진동계(laser doppler vibrometer)로 원형평판의 진동변위와 시간평균 홀로그래픽 간섭계로 구한 진 동변위를 비교하였다.
The purpose of this study is to investigate both the fundamental and some higher natural frequencies and mode shapes of compressive members resting on the linear elastic foundation. The model of compressive member is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory. The differential equation governing free vibrations of such members subjected to an axial load is derived and solved numerically for calculating the natural frequencies and mode shapes. The Improved Euler method is used to integrate the differential equation and the Determinant Search method combined with the Regula-Falsi method to determine the natural frequencies, respectively. In numerical examples, the hinged-hinged, hinged-clamped, clamped-hinged and clamped-clamped end constraints are considered. The convergence analysis is conducted for determining the available step size in the Improved Euler method. The validation of theories developed herein is also conducted by comparing the numerical results between this study and SAP 90. The non-dimensional frequency parameters are presented as the non-dimensional system parameters: section ratio, modulus parameter and load parameter. Also typical mode shapes are presented.
In the existing reports regarding free transverse vibrations of the Euler-Bernoulli beams, most of them studied a uniform beam carrying various concentrated elements (such as point masses, rotary inertias, linear springs, rotational springs, spring-mass systems, ${\ldots}$, etc.) or a stepped beam with one to three step changes in cross-sections but without any attachments. The purpose of this paper is to utilize the numerical assembly method (NAM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of the multiple-step Euler-Bernoulli beams carrying a number of lumped masses and rotary inertias. First, the coefficient matrices for an intermediate lumped mass (and rotary inertia), left-end support and right-end support of a multiple-step beam are derived. Next, the overall coefficient matrix for the whole vibrating system is obtained using the numerical assembly technique of the conventional finite element method (FEM). Finally, the exact natural frequencies and the associated mode shapes of the vibrating system are determined by equating the determinant of the last overall coefficient matrix to zero and substituting the corresponding values of integration constants into the associated eigenfunctions, respectively. The effects of distribution of lumped masses and rotary inertias on the dynamic characteristics of the multiple-step beam are also studied.
The free vibration characteristics of Al cantilever square plates with a brass inclusion were analyzed experimentally and numerically The experimentally obtained natural frequencies and mode shapes were compared with the FEM analysis results. The impulse exciting method was used for experiment and ANSYS software package was used for FEM analysis. The natural frequencies obtained iron experiment and numerical analysis matched within $0\%$. It was found that the natural frequencies of the Al cantilever square plates with a brass inclusion decrease as the size of inclusion increases. For the third mode shape, comparing the nodal line of the Al plate and the Al plate with a inclusion, the mode shape showed the reversed quadratic curve. The natural frequencies of inclusion plate were decreased as the location of inclusion moves from the clamped edge to the tree edge.
Multi-span beams carrying multiple point masses are widely used in engineering applications, but the literature for free vibration analysis of such structural systems is much less than that of single-span beams. The complexity of analytical expressions should be one of the main reasons for the last phenomenon. The purpose of this paper is to utilize the numerical assembly method (NAM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of a multi-span uniform beam carrying multiple point masses. First, the coefficient matrices for an intermediate pinned support, an intermediate point mass, left-end support and right-end support of a uniform beam are derived. Next, the overall coefficient matrix for the whole structural system is obtained using the numerical assembly technique of the finite element method. Finally, the natural frequencies and the associated mode shapes of the vibrating system are determined by equating the determinant of the last overall coefficient matrix to zero and substituting the corresponding values of integration constants into the related eigenfunctions respectively. The effects of in-span pinned supports and point masses on the free vibration characteristics of the beam are also studied.
In this paper, cantilevered tall structures are treated as cantilever bars with varying cross-section for the analysis of their free longitudinal (or axial) vibrations. Using appropriate transformations, exact analytical solutions to determine the longitudinal natural frequencies and mode shapes for a one step non-uniform bar are derived by selecting suitable expressions, such as exponential functions, for the distributions of mass and axial stiffness. The frequency equation of a multi-step bar is established using the approach that combines the transfer matrix procedure or the recurrence formula and the closed-form solutions of one step bars, leading to a single frequency equation for any number of steps. The Ritz method is also applied to determine the natural frequencies and mode shapes in the vertical direction for cantilevered tall structures with variably distributed stiffness and mass. The formulae proposed in this paper are simple and convenient for engineering applications. Numerical example shows that the fundamental longitudinal natural frequency and mode shape of a 27-storey building determined by the proposed methods are in good agreement with the corresponding measured data. It is also shown that the selected expressions are suitable for describing the distributions of axial stiffness and mass of typical tall buildings.
In this article, a novel structural modal parameters identification methodology is developed to determine the natural frequencies and damping ratios of civil structures based on the symplectic geometry mode decomposition (SGMD) approach. The SGMD approach is a new decomposition algorithm that can decompose the complex response signals with better decomposition performance and robustness. The novel method firstly decomposes the measured structural vibration response signals into individual mode components using the SGMD approach. The natural excitation technique (NExT) method is then used to obtain the free vibration response of each individual mode component. Finally, modal natural frequencies and damping ratios are identified using the direct interpolating (DI) method and a curve fitting function. The effectiveness of the proposed method is demonstrated based on numerical simulation and field measurement. The structural modal parameters are identified utilizing the simulated non-stationary responses of a frame structure and the field measured non-stationary responses of a supertall building during a typhoon. The results demonstrate that the developed method can identify the natural frequencies and damping ratios of civil structures efficiently and accurately.
This paper highlights a study undertaken on the free vibration of a precast steel-concrete composite slab panel for track support. The steel-concrete composite slab track is an evolvement from the slab track, a form of ballastless track which is becoming increasingly attractive to asset owners as they seek to reduce lifecycle costs and deal with increasing rail traffic speeds. The slender nature of the slab panel due to its reduced depth of construction makes it susceptible to vibration problems. The aim of the study is driven by the need to address the limited research available to date on the dynamic behaviour of steel-concrete composite slab panels for track support. Free vibration analysis of the track slab has been carried out using ABAQUS. Both eigenfrequencies and eigenmodes have been extracted using the Lanczos method. The fundamental natural frequencies of the slab panel have been identified together with corresponding mode shapes. To investigate the sensitivity of the natural frequencies and mode shapes, parametric studies have been established, considering concrete strength and mass and steel's modulus of elasticity. This study is the world first to observe crossover phenomena that result in the inversion of the natural orders without interaction. It also reveals that replacement of the steel with aluminium or carbon fibre sheeting can only marginally reduce the natural frequencies of the slab panel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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