Dynamical behaviors of one-dimensional (1D) nano-sized structures are of great importance in nanotechnology applications. Therefore, the torsional dynamic response of functionally graded nanorods which could be used to model the nano electromechanical systems or micro electromechanical systems with torsional motion about the center of twist is examined based on the theory of strain gradient nonlocal elasticity in this work. The mathematical background is constructed based on both strain gradient theory and Eringen's nonlocal elasticity theory. The equation of motions and boundary conditions of radially functionally graded nanorods are derived using Hamilton's principle and then transformed into the eigenvalue analysis by using Fourier sine series. A general coefficient matrix is obtained to assemble the Stokes' transformation. The case of a restrained functionally graded nanorod embedded in two elastic springs against torsional rotation is then deeply investigated. The effect of changing the functionally graded index, the stiffness of elastic boundary conditions, the length scale parameter and nonlocal parameter are investigated in detail.
In the 2-mass system with flexible shaft, a torsional vibration is often generated because of the elastic elements in torque transmission as the newly required speed response which is very close to the primary resonant frequency. This vibration makes it difficult to achieve quick responses of speed and disturbance rejection. In this paper, 2-mass system is designed by using pole placement based on optimal control theory fur fast speed response and torsional vibration elimination and using neural network for disturbance rejection in particular. The simulation results show that the proposed controller based on neural network and full state feedback controller has better performance than 려ll state feedback controller, especially fur disturbance rejection.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권3호
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pp.563-572
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2001
With the results of calculation for natural frequencies the reponses of forced coupled vibration of propulsion shafting system were investigated by the modal analysis method. For the forced vibration response analysis, the axial exciting forces, the axial damper/detuner, propeller exciting forces and damping coefficients were extensively considered. As the conclusion of this study, some items are cleared as follows.-The torsional vibration amplitudes are not influenced by the radial excitation forces of the crank shaft. -The axial vibration amplitudes are influenced by the tangential exciting forces as well as the radial exciting forces of the crank shaft. The increase of the amplitudes is observed in the speed range at the neighbourhood of any torsional critical speed. 1The closer the torsional and axial critical speed. the larger coupling effect becomes. -The axial exciting force of propeller is relatively strong comparing with axial exciting forces of cylinder gas pressure and oscillating inertia of reciprocating mechanism. Therefore, the following conclusions are obtained. -Torsional vibration calculation with the classical one dimensional model is still valid. -The influence of torsional excitation at each crank upon the axial vibration is improtant. especially in the neighbourhood of a torsional critical speed. That means that the calculation of axial vibration with the classical one dimensional model is inaccurate in most of cases.
A three-degree-of-freedom base hinged assembly (BHA) for aeroelastic model tests of tall building was developed. The integral parts of a BHA, which consists of two perpendicular plane frames and a flexural pivot, enable this modeling technique to independently simulate building translational and torsional degree-of-freedom. A program of wind tunnel aeroelastic model tests of the CAARC standard tall building was conducted with emphasis on the effect of (a) torsional motion, (b) cross-wind/torsional frequency ratio and (c) the presence of an eccentricity between center of mass and center of stiffness on wind-induced response characteristics. The experimental results highlight the significant effect of coupled translational-torsional motion and the effect of eccentricity between center of mass and center of stiffness on the resultant rms acceleration responses in both along-wind and cross-wind directions especially at operating reduced wind velocities close to a critical value of 10. In addition, it was sound that the vortex shedding process remains the main excitation mechanism in cross-wind direction even in case of tall buildings with coupled translational-torsional motion and with eccentricity.
Vibration is an undesirable phenomenon in a dynamic system like lightly damped aerospace structures and active vibration control has gradually been employed to suppress vibration. The objective of the current investigation is to introduce an active torsional magneto-rheological (MR) fluid based damper for vibration control of a typical nose landing gear. They offer the adaptability of active control devices without requiring the associated large power sources. A torsional damper is designed and developed based on Bingham plastic shear flow model. The numerical analysis is carried out to estimate the damping coefficient and damping force. The designed damper is fabricated and an experimental setup is also established to characterize the damper and these results are compared with the analytical results. A typical FE model of Nose landing gear is developed to study the effectiveness of the damper. Open loop response analysis has been carried out and response levels are monitored at the piston tip of a nose landing gear for various loading conditions without damper and with MR-damper as semi-active device. The closed-loop full state feedback control scheme by the pole-placement technique is also applied to control the landing gear instability of an aircraft.
The identification of modal damping of a segmented hull model with torsional response is difficult task due to the coupling of modal response. This is because the 1st and 2nd torsional vibration modes are closely spaced in frequency domain leading to the situation that the modal decomposition is difficult to achieve by simple band-pass filter. Present study applied several different modal decomposition methods to derive the damping ratio of different modes. The modal decomposition methods considered in this study are simple band-pass filter, Hilbert vibration decomposition, Wavelet transform and proper orthogonal decomposition. Coupled free decay signal obtained from the torsional hammering test on a segmented hull model was processed with four different methods and the derived damping ratios were compared with each other. Discussions also have been made on the pros and cons of the different methodologies.
Chen, Shenggang;Ye, Yinghua;Guo, Quanquan;Cheng, Shaohong;Diao, Bo
Structural Engineering and Mechanics
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제60권6호
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pp.1039-1061
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2016
Based on Vlasov's torsional theory of open thin-walled members and the nonlinear constitutive relations of materials, a nonlinear analysis model to predict response of open thin-walled RC members subjected to pure torsion is proposed in the current study. The variation of the circulatory torsional stiffness and warping torsional stiffness over the entire loading process and the impact of warping shear deformation on the torsion-induced rotation of the member are considered in the formulation. The torque equilibrium differential equation is then solved by Runge-Kutta method. The proposed nonlinear model is then applied to predict the behavior of five U-shaped thin-walled RC members under pure torsion. Four of them were tested in an earlier experimental study by the authors and the testing data of the fifth one were reported in an existing literature. Results show that the analytical predictions based on the proposed model agree well with the experimental data of all five specimens. This clearly shows the validity of the proposed nonlinear model analyzing behavior of U-shaped thin-walled RC members under pure torsion.
반복하중을 받는 짧은 I보(Beam)의 횡-비틀림 좌굴(Lateral-Torsional Buckling)에 대한 광범위한 Parametric Study를 수행하여 보의 좌굴현상을 좀 더 깊이 고찰하고자 한다. 유한한 비틀림변형의 뒤틀림(Warping)이외에 미소한 절단변형의 뒤틀림도 고려한 기하학적(완전) 비선형의 일차원 보를 해석적 모델로 사용하고, 또한 금속의 주기적소성(Cyclic Plasticity)거동을 보다 잘 나타내기 위해 다축 주기적소성모델을 Consistent Return Mapping Algorithm과 결합시켜 적용한다. 기준치 근방에서 아래와 같은 여러가지 Parameter Study를 수행하므로써 반복하중을 받는 짧은 I보의 횡-비틀림 좌굴의 일반적 응답을 고찰한다 : 재료의 강복강도, 강복플래토(Yield Plateau), 변형율경화, 이동경화(Kinematic Hardening), 잔류응력, 작용하중의 절단중심에 대한 편심률, 작용하중의 보 단면에 대한 높이, 작용하중의 보 길이방향의 위치, 보 단면의 치수, 작용하중으로부터 멀리 떨어진 지지단의 고정도.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.50-58
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1996
The torsional vibration of the propulsion shafting system equipped with viscous damper is investigated. The equivalent system is modeled by a two mass softening system with Duffing's oscillator and the vibratory motion is described by non-linear differential equations of second order. The damper casing is fixed at the front-end of crankshaft and the damper's inertia ring floats in viscous silicon fluid inside of the camper casing. The excitation frenquency is proportional to the rotational speed of engine. The steady state response of the equivalent system is analyzed by the computer and for this analyzing, the harmonic balance method is adopted as a non-linear vibration analysis technique. Frequency response curves are obtained for 1st order resonance only. Jump phenomena are explained. The discriminant for the solutions of the steady state response is derived. Both theoretical and measured results of the propulsion shafting system are compared with and evaluated. As a result of comparisions with both data, it was confirmed that Duffing's oscillator can be used in the modeling of the propulsion shafting system attached with viscous damper with non-linear stiffness.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.372-372
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1996
The torsional vibration of the propulsion shafting system equipped with viscous damper is investigated. The equivalent system is modeled by a two mass softening system with Duffing's oscillator and the vibratory motion is described by non-linear differential equations of second order. The damper casing is fixed at the front-end of crankshaft and the damper's inertia ring floats in viscous silicon fluid inside of the camper casing. The excitation frenquency is proportional to the rotational speed of engine. The steady state response of the equivalent system is analyzed by the computer and for this analyzing, the harmonic balance method is adopted as a non-linear vibration analysis technique. Frequency response curves are obtained for 1st order resonance only. Jump phenomena are explained. The discriminant for the solutions of the steady state response is derived. Both theoretical and measured results of the propulsion shafting system are compared with and evaluated. As a result of comparisions with both data, it was confirmed that Duffing's oscillator can be used in the modeling of the propulsion shafting system attached with viscous damper with non-linear stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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