The objective of this article is investigation of dynamic response of thick multilayer functionally graded (FG) beam under generalized dynamic forces. The plane stress problem is exploited to describe the constitutive equation of thick FG beam to get realistic and accurate response. Applied dynamic forces are assumed to be sinusoidal harmonic, sinusoidal pulse or triangle in time domain and point load. Equations of motion of deep FG beam are derived based on the Hamilton principle from kinematic relations and constitutive equations of plane stress problem. The numerical finite element procedure is adopted to discretize the space domain of structure and transform partial differential equations of motion to ordinary differential equations in time domain. Numerical time integration method is used to solve the system of equations in time domain and find the time responses. Numerical parametric studies are performed to illustrate effects of force type, graduation parameter, geometrical and stacking sequence of layers on the time response of deep multilayer FG beams.
In this paper, we present an accurate and stable method for the solution of the transient electromagnetic response from the conducting wire structures using the time domain integral equation. By using an implicit scheme with the central finite difference approximation for the time domain electric field integral equation, we obtain the transient response from a wire scatterer illuminated by a plane wave and a conducting wire antenna with an impressed voltage source. Also, we consider a wire above a 3-dimensional conducting object. Numerical results are presented, which show the validity of the presented methodology, and compared with a conventional method using backward finite difference approximation.
A fast response $CO_2$ ($fCO_2$) analyzer for real-time measurement of carbon dioxide concentration during transient states of internal combustion engines has been developed. This analyzer uses non-dispersive infrared absorption (NDIR) technique for measuring $CO_2$ concentration and Kalman filter for removing noise components from output signals. The analyzer has good linearity, repeatability and drift with a response time of 11 ms; it is sufficiently fast to detect $CO_2$ concentration during transient states of internal combustion engines. The $fCO_2$ analyzer was used to measure transient $CO_2$ concentration of exhaust gas of the SI engine with a standard gas analyzer, and the signal of the $fCO_2$ analyzer was compared to that of the standard gas analyzer. The two concentrations were well matched during the steady state, and the $fCO_2$ analyzer could measure the variations of $CO_2$ concentration during the transient state.
Turbomachinery such as turbines, pumps and compressors, which are installed in transportation systems such as warships, submarines and space vehicles, etc., often perform crucial missions and are exposed to potential dangerous impact environments such as base-transferred shock forces. To protect turbomachinery from excessive shock forces, it may be needed to accurately analyze transient responses of rotors, considering the dynamics of mount designs to be applied with. In this study a generalized FE transient response analysis model, introducing relative displacements, is firstly proposed to accurately predict transient responses of a flexible rotor-bearing system with mount systems to base-transferred shock forces. In the transient analyses the state-space Newmark method of a direct time integration scheme is utilized, which is based on the average velocity concept. Results show that for the identical mount systems considered, the proposed FE-based detailed flexible rotor model yields more reduced transient vibration responses to the same shocks than a conventional simple model or a Jeffcott rotor. Hence, in order to design a rotor-bearing system with a more compact light-weighted mount system, preparing against any potential excessive shock, the proposed FE transient response analysis model herein is recommended.
Turbomachinery such as turbines, pumps and compressors, which are installed in transportation systems, including aircrafts, ships, and space vehicles, etc., often perform crucial missions and are exposed to potential dangerous impact environments such as base-transferred shock forces. To protect turbomachinery from excessive shock forces, it may be needed to accurately analyze transient responses of their rotors, considering the dynamics of mount designs to be applied. In this study a generalized FE transient response analysis model, introducing relative displacements, is proposed to accurately predict transient responses of a flexible rotor-bearing system with mount systems to base-transferred shock forces. In the transient analyses the state-space Newmark method of a direct time integration scheme is utilized, which is based on the average velocity concept. Results show that for the identical mount systems considered, the proposed FE-based detailed flexible rotor model yields more reduced transient vibration responses to the same shocks than a conventional simple model, obtained by treating a rotor as concentrated lumped mass, equivalent spring and a damper or Jeffcott rotor model. Hence, in order to design a rotor-bearing system with a more compact light-weighted mount system, preparing against any potential excessive shock, the proposed FE transient response analysis model herein is recommended.
This paper addresses the free and transient responses of a SDOF linear complex stiffness system by making use of the Hilbert transform and the convolution integral. Because the second-order differential equation of motion having the complex stiffness give rise to the conjugate complex eigen values, its time-domain analysis using the standard time integration scheme suffers from the numerical instability and divergence. In order to overcome this problem, the transient response of the linear complex stiffness system is obtained by the convolution integral of a green function which corresponds to the unit-impulse free vibration response of the complex system. The damped free vibration of the complex system is theoretically derived by making use of the state-space formulation and the Hilbert transform. The convolution integral is implemented by piecewise-linearly interpolating the external force and by superimposing the transient responses of discretized piecewise impulse forces. The numerical experiments are carried out to verify the proposed time-domain analysis method, and the correlation between the real and imaginary parts in the free and transient responses is also investigated.
A fast response $CO_2$ analyzer has been developed to study transient characteristics on an SI engine. The analyzer has the delay time of 4.5 ms and time constant of 2.8 ms, which is fast enough to measure $CO_2$ concentration on a transient condition. Wide range of A/F(Air/Fuel) ratio can be estimated using the analyzer with an additional switch type oxygen sensor. The results of measurement of $CO_2$ concentration and A/F ratio on a transient condition including rapid acceleration/deceleration and EGR(Ehxaust Gas Recirculation) on/off are presented and compared with a commercial exhaust gas analyzer and UEGO(Universial Exhaust Gas Oxyzen) sensor.
A control technique for the auxiliary buck/boost converter is proposed herein to improve the load transient response of the buck converter. The proposed technique improves the system efficiency by enabling the soft switching operation of the auxiliary converter. The design guidelines for achieving capacitor charge balance for the output capacitor during the transient are also presented herein. The experimental results revealed that the output voltage undershoot and settling time during the load step-up transient were 40 mV and 14 ㎲, respectively, and the output voltage overshoot and settling time during the load step-down transient were 35 mV and 21 ㎲, respectively. The performance and effectiveness of the proposed technique were experimentally verified using a prototype buck converter with a 15-V input, 3.3-V output, and 200-kHz switching frequency.
This paper describes formulation for algorithm of time historical response analysis of vibration for straight-line structure. This method is derived from a combination of the transfer stiffness coefficient method and the Newmark method. And this present method improves the computational accuracy of the transient vibration response analysis remarkably owing to several advantages of the transfer stiffness coefficient method. We regarded the structure as a lumped mass system here. The analysis algorithm for the time historical response was formulated for the straight-line structure containing crooked, tree type system. The validity of the present method compared with the transfer matrix method and the Finite Element Method for transient vibration analysis is demonstrated through the numerical computations.
In large-scale problem, a huge size of computational resources is needed for a reliable solution which represents the detailed description of dynamic behavior. Recently, eigenvalue reduction schemes have been considered as important technique to resolve computational resource problems. In addition, the efforts to advance an efficiency of reduction scheme leads to the development of the multi-level system condensation (MLSC) which is initially based on the two-level condensation scheme (TLCS). This scheme was proposed for approximating the lower eigenmodes which represent the global behavior of the structures through the element-level energy estimation. The MLSC combines the multi-level sub-structuring scheme with the previous TLCS for enhancement of efficiency which is related to computer memory and computing time. The present study focuses on the implementation of the MLSC on the direct time response analysis and the frequency response analysis of structural dynamic problems. For the transient time response analysis, the MLSC is combined with the Newmark's time integration scheme. Numerical examples demonstrate the efficiency of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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