Techniques for stabilising slender bridges under wind loads are presented in this article. A mathematically consistent description of the acting aerodynamic forces is essential when investigating these ideas. Against this background, motion-induced aerodynamic forces are characterised using a linear time-invariant transfer element in terms of rational functions. With the help of these functions, the aeroelastic system can be described in the form of a linear, time-invariant state-space model. It is shown that the divergence wind speed constitutes an upper bound for the application of the selected mechanical actuators. Even active control with full state feedback cannot overcome this limitation. The results are derived and explained with methods of control theory.
For the slender and flexible cable supported bridges, identification of all the flutter derivatives for the vertical, lateral and torsional motions is essential for its stability investigation. In all, eighteen flutter derivatives may have to be considered, the identification of which using a three degree-of-freedom elastic suspension system has been a challenging task. In this paper, a system identification technique, known as covariance-driven stochastic subspace identification (COV-SSI) technique, has been utilized to extract the flutter derivatives for a typical bridge deck. This method identifies the stochastic state-space model from the covariances of the output-only (stochastic) data. All the eighteen flutter derivatives have been simultaneously extracted from the output response data obtained from wind tunnel test on a 3-DOF elastically suspended bridge deck section-model. Simplicity in model suspension and measurements of only output responses are additional motivating factors for adopting COV-SSI technique. The identified discrete values of flutter derivatives have been approximated by rational functions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1626-1633
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2006
In the present paper, in the context of the meshless interpolation of a moving least squares (MLS) type, a novel method which uses primary and secondary nodes in the domain and on the global boundary is introduced, in order to improve the accuracy of solution. The secondary nodes can be placed at any location where one needs to obtain a better resolution. The support domains for the shape functions in the MLS approximation are defined from the primary nodes, and the secondary nodes use the same support domains. The shape functions based on the MLS approximation, in an integration domain, have a single type of a rational function, which reduces the difficulty of numerical integration to evaluate the weak form. The present method is very useful in an adaptive calculation, because the secondary nodes can be easily added and moved without an additional mesh. Several numerical examples are presented to illustrate the effectiveness of the present method.
Given a real number α, the Lagrange number of α is the supremum of all real numbers L > 0 for which the inequality |α - p/q| < (Lq2)-1 holds for infinitely many rational numbers p/q. All Lagrange numbers less than 3 can be arranged as a set {lp/q : p/q ∈ ℚ ∩ [0, 1]} using the Farey index. The present paper considers a function C(α) devised from Sturmian words. We demonstrate that the function C(α) contains all information on Lagrange numbers less than 3. More precisely, we prove that for any real number α ∈ (0, 1], the value C(α) - C(0) is equal to the sum of all numbers 3 - lp/q where the Farey index p/q is less than α.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.4
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pp.97-103
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2001
Accuracy of a machined part is determined by the relative motion between the cutting tool and the workpiece. One of the important factors which affects the relative motion is the geometric errors of a machine tool. In this study, firstly, geometric errors are measured by laser interferometer, and the positioning error of each control point selected uniformly on the control surface CAD model can be estimated from th oirm shaping model and geometric error data base. Where a form shaping function is derived from the link of homogeneous transformation matrix. Secondly, control points are shifted to the estimated amount of positioning errors. A new control surface is modeled with NURBS(Non Uniform Rational B-Spline) surface approximation to the shifted control points. By generating tool paths to the redesigned control surface, we reduce the machining error quite.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.88-89
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2011
풍하중이 작용하는 교량의 응답을 구하기 위하여 RFA(Rational Function Approximation)와 같은 시간 영역해석법이 널리 사용되고 있다. 교량 단면의 공기역학적 특성을 정의하는 플러터 계수는 주파수 영역에서 정의되기 때문에, 시간 영역해석을 위하여 inverse Fourier transform을 통해 얻어진 impulse response function을 이용한 중첩 적분법이 제안되었다. 시간 영역해석을 위해서는 플러터 계수에 상관성이 존재해야 함을 밝히고, 최적화 방법을 이용하여 시간 영역 해석을 위한 플러터 계수 산정법을 제안하고자 한다. B/D=20의 구형 단면에 적용하여 제안한 방법의 타당성을 검증하고자 한다.
This paper proposes a novel topology optimization method generating multiple materials for external linear plane crack structures based on the combination of IsoGeometric Analysis (IGA) and eXtended Finite Element Method (X-FEM). A so-called eXtended IsoGeometric Analysis (X-IGA) is derived for a mechanical description of a strong discontinuity state's continuous boundaries through the inherited special properties of X-FEM. In X-IGA, control points and patches play the same role with nodes and sub-domains in the finite element method. While being similar to X-FEM, enrichment functions are added to finite element approximation without any mesh generation. The geometry of structures based on basic functions of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) provides accurate and reliable results. Moreover, the basis function to define the geometry becomes a systematic p-refinement to control the field approximation order without altering the geometry or its parameterization. The accuracy of analytical solutions of X-IGA for the crack problem, which is superior to a conventional X-FEM, guarantees the reliability of the optimal multi-material retrofitting against external cracks through using topology optimization. Topology optimization is applied to the minimal compliance design of two-dimensional plane linear cracked structures retrofitted by multiple distinct materials to prevent the propagation of the present crack pattern. The alternating active-phase algorithm with optimality criteria-based algorithms is employed to update design variables of element densities. Numerical results under different lengths, positions, and angles of given cracks verify the proposed method's efficiency and feasibility in using X-IGA compared to a conventional X-FEM.
CAN is a serial communication bus for real-time controls and automations in distributed control systems. In distributed control systems, occasionally a sensor module and a controller are not in the same node and physically separated. In order for the signal from a sensor node to reach the controller node, the signal must travel through network. CAN has a certain capabilities to deal with real-time data. However, when many nodes on the networks try to send data on the same network, the arbitration mechanism to solve the data collision problem is necessary. This situation causes the time delay which has detrimental effects on the performance of the control systems. This paper proposes a method to solve the problem due to the time delay in distributed control system using CAN. Time delay is approximated to an element with a rational transfer function using Pade approximation and Mu~synthesis method is applied. Since time delay in the network is not constant, the time delay element is considered to be an uncertainty block with a bound. The proposed method is applied to the experimental system with CAN and proved to be effective.
A new class of finite elements is described for dealing with mesh gradation. The approach employs the moving least square (MLS) scheme to devise a class of elements with an arbitrary number of nodal points on the parental domain. This approach generally leads to elements with rational shape functions, which significantly extends the function space of the conventional finite element method. With a special choice of the nodal points and the base functions, the method results in useful elements with polynomial shape functions for which the $C^1$ continuity breaks down across the boundaries between the subdomains comprising one element. Among those, (4 + n)-noded MLS based finite elements possess the generality to be connected with an arbitrary number of linear elements at a side of a given element. It enables us to connect one finite element with a few finite elements without complex remeshing. The effectiveness of the new elements is demonstrated via appropriate numerical examples.
This paper examines local vibrations in the stay cables of a cable-stayed bridge subjected to wind gusts. The wind loads, including the self-excited load and the buffeting load, are converted into time-domain values using the rational function approximation and the multidimensional autoregressive process, respectively. The global motion of the girder, which is generated by the wind gusts, is analyzed using the modal analysis method. The local vibration of stay cables is calculated using a model in which an inclined cable is subjected to time-varying displacement at one support under global vibration. This model can consider both forced vibration and parametric vibration. The response characteristics of the local vibrations in the stay cables under wind gusts are described using an existing cable-stayed bridge. The results of the numerical analysis show a significant difference between the combined parametric and forced vibrations and the forced vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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