The dynamic behaviour of a marine riser was studied theoretically and experimentally. In linear analysis, the natural frequencies and mode shapes of the riser were obtained from the experiment and they were found to be in good agreement with theoretical results by using a simple asymptotic formula. In nonlinear ananlysis including viscous drag and large displacement, a numerical-perturbation technique based on the derived linear asymptotic solutions is used to predict the displacements and stresses of the riser in harmonic motion. These results were also compared with experimental data and found to be in general in good agreement.
A simplified modeling approach for occupied car seats was demonstrated to be feasible. The model, consisting of interconnected masses, springs and dampers, was initially broken down into subsystems and experiments conducted to determine approximate values for model parameters. A short study of the effect of changing model parameters on natural frequencies, mode shapes and resonance locations in frequency response functions was given, highlighting the influence of particular model parameters on features in the mannequin's vibration response. Good agreement between experimental and simulation frequency response estimates was obtained. Future work should include optimization of parameter estimates, the inclusion of viscoelastic and nonlinear elements in addition to the linear springs and dampers, and finally extensions to a 3D model.
A new method identifies coupled fluid-structure system with a reduced set of state variables is presented. Assuming that the structural model is known a priori either from an analysis or a test and using linear transformations between structural and aeroelastic states, it is possible to deduce aerodynamic information from sampled time histories of the aeroelastic system. More specifically given a finite set of structural modes the method extracts generalized aerodynamic force matrix corresponding to these mode shapes. Once the aerodynamic forces are known, an aeroelastic reduced-order model can be constructed in discrete-time, state-space format by coupling the structural model and the aerodynamic system. The resulting reduced-order model is suitable for constant Mach, varying density analysis.
To determine the modal matrix and modal frequency of engine mount system, we most solve so-called eigen-value problem. However eigen-value problem of engine mount system with hydraulic mount can not be solved by general eigne-analysis algorithm because the properties of hydraulic mount vary with frequency. so in this paper the method for modal analysis of rigid body motions of an engine supported by hydraulic mount is proposed. Natural frequencies and mode shapes of this nonlinear system are obtained by using complex exponential method and Laplace transformation method. In time domain, impulse response functions are calculated by (two-sided) discrete inverse Fourier Transformation of forced frequency response functions achieved by Laplace transformation of the differential equation of motion. Considering the fact that frequency response functions synthesized by modal parameters form proposed method are in good agreement with original FRFs, it is proved that the proposed method is very efficient and useful for the analysis of eigne-value problem of hydraulic engine mount system.
Masonry bridges are the vital components of transportation systems. Although these bridges were constructed centuries ago, they have served a purpose from ancient times to the present day. However, the bridges have needed local renovation and therefore have been rebuilt over different periods in many places. This study focuses on Low Bridge, which is an example of renovated masonry bridges in Turkey. It essentially assesses the structural behavior of the masonry bridge and investigates the integrity of the renovated components. For this purpose, the mechanical properties of the bridge material have been primarily evaluated with experimental tests. Then the static, modal and nonlinear time history analyses have been carried out with the use of finite element methods in order to investigate the structural behavior of the current form of the bridge.
Song, Gangbing;Ma, Ning;Li, Luyu;Penney, Nick;Barr, Todd;Lee, Ho-Jun;Arnold, Steve
Smart Structures and Systems
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제7권1호
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pp.1-13
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2011
It has been shown in the literature that active adjustment of the intake area of a jet engine has potential to improve its fuel efficiency. This paper presents the design and control of a novel proof-of-concept active jet engine intake using Nickel-Titanium (Ni-Ti or Nitinol) shape memory alloy (SMA) wire actuators. The Nitinol SMA material is used in this research due to its advantages of high power-to-weight ratio and electrical resistive actuation. The Nitinol SMA material can be fabricated into a variety of shapes, such as strips, foils, rods and wires. In this paper, SMA wires are used due to its ability to generate a large strain: up to 6% for repeated operations. The proposed proof-of-concept engine intake employs overlapping leaves in a concentric configuration. Each leaf is mounted on a supporting bar than can rotate. The supporting bars are actuated by an SMA wire actuator in a ring configuration. Electrical resistive heating is used to actuate the SMA wire actuator and rotate the supporting bars. To enable feedback control, a laser range sensor is used to detect the movement of a leaf and therefore the radius of the intake area. Due to the hysteresis, an inherent nonlinear phenomenon associated with SMAs, a nonlinear robust controller is used to control the SMA actuators. The control design uses the sliding-mode approach and can compensate the nonlinearities associated with the SMA actuator. A proof-of-concept model is fabricated and its feedback control experiments show that the intake area can be precisely controlled using the SMA wire actuator and has the ability to reduce the area up to 25%. The experiments demonstrate the feasibility of engine intake area control using an SMA wire actuator under the proposed design.
In the present paper an analytical model was developed to study the non-linear vibrations of Functionally Graded Carbon Nanotube (FG-CNT) reinforced doubly-curved shallow shells using the Multiple Scales Method (MSM). The nonlinear partial differential equations of motion are based on the FGM shallow shell hypothesis, the non-linear geometric Von-Karman relationships, and the Galerkin method to reduce the partial differential equations associated with simply supported boundary conditions. The novelty of the present model is the simultaneous prediction of the natural frequencies and their mode shapes versus different curvatures (cylindrical, spherical, conical, and plate) and the different types of FG-CNTs. In addition to combining the vibration analysis with optimization algorithms based on the genetic algorithm, a design optimization methode was developed to maximize the natural frequencies. By considering the expression of the non-dimensional frequency as an objective optimization function, a genetic algorithm program was developed by valuing the mechanical properties, the geometric properties and the FG-CNT configuration of shallow double curvature shells. The results obtained show that the curvature, the volume fraction and the types of NTC distribution have considerable effects on the variation of the Dimensionless Fundamental Linear Frequency (DFLF). The frequency response of the shallow shells of the FG-CNTRC showed two types of nonlinear hardening and softening which are strongly influenced by the change in the fundamental vibration mode. In GA optimization, the mechanical properties and geometric properties in the transverse direction, the volume fraction, and types of distribution of CNTs have a considerable effect on the fundamental frequencies of shallow double-curvature shells. Where the difference between optimized and not optimized DFLF can reach 13.26%.
Since soil structure interactions are one of the most important subjects in the structural/foundation engineering, much study concerning the soil structure interactions had been carried out. One of typical structures related to the soil structure interactions is the strip foundation which is basically defined as the beam or strip rested on or supported by the soils. At the present time, lack of studies on dynamic problems related to the strip foundations is still found in the literature. From these viewpoint this paper aims to theoretically investigate dynamics of the parabolic strip foundations and also to present the practical engineering data for the design purpose. Differential equations governing the free, out o plane vibrations of such strip foundations are derived, in which effects of the rotatory and torsional inertias and also shear deformation are included although the warping of the cross-section is excluded. Governing differential equations subjected to the boundary conditions of free-free end constraints are numerically solved for obtaining the natural frequencies and mode shapes by using the numerical integration technique and the numerical method of nonlinear equation.
The ambient vibration measurement is an output-data-only dynamic testing where natural excitations are represented, for instance, by winds and typhoons. The modal identification involving output-only measurements requires the use of specific modal identification techniques. This paper presents the application of a reliable method (the Stochastic Subspace Identification - SSI) implemented in a general purpose software. As a criterion toward the robustness of identified modes, a bio-inspired optimization algorithm, with a highly nonlinear objective function, is introduced in order to find the optimal deployment of a reduced number of sensors across a large civil engineering structure for the validation of its modal identification. The Ting Kau Bridge (TKB), one of the longest cable-stayed bridges situated in Hong Kong, is chosen as a case study. The results show that the proposed method catches eigenvalues and eigenvectors even for a reduced number of sensors, without any significant loss of accuracy.
Chicoine, Thierry;Tremblay, Robert;Massicotte, Bruno
Steel and Composite Structures
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제2권3호
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pp.171-194
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2002
In this paper, the behaviour of axially loaded partially encased composite columns made with light welded H steel shapes is examined using ABAQUS finite element modelling. The results of the numerical simulations are compared to the response observed in previous experimental studies on that column system. The steel shape of the specimens has transverse links attached to the flanges to improve its local buckling capacity and concrete is poured between the flanges only. The test specimens included 14 stubcolumns with a square cross section ranging from 300 mm to 600 mm in depth. The transverse link spacing varied from 0.5 to 1 times the depth and the width-to-thickness ratio of the flanges ranged from 23 to 35. The numerical model accounted for nonlinear stress-strain behaviour of materials, residual stresses in the steel shape, initial local imperfections of the flanges, and allowed for large rotations in the solution. A Riks displacement controlled strategy was used to carry out the analysis. Plastic analyses on the composite models reproduced accurately the capacity of the specimens, the failure mode, the axial strain at peak load, the transverse stresses in the web, and the axial stresses in the transverse links. The influence of applying a typical construction loading sequence could also be reproduced numerically. A design equation is proposed to determine the axial capacity of this type of column.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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