The present paper studies the variation of the natural frequencies and mode shapes of rectangular plates carrying a three degree-of-freedom spring-mass system (subsystem), when the subsystem changes (stiffness, mass, moment of inertia, location). An analytical approach based on Lagrange multipliers as well as a finite element formulation are employed and compared. Numerically reliable results are presented for the first time, illustrating the convenience of using the present analytical method which requires only the solution of a linear eigenvalue problem. Results obtained through the variation of the mass, stiffness and moment of inertia of the 3-DOF system can be understood under the effective mass concept or Rayleigh's statement. The analysis of frequency values of the whole system, when the 3-DOF system approaches or moves away from the center, shows that the variations depend on each particular mode of vibration. When the 3-DOF system is placed in the center of the plate, "new" modes are found to be a combination of the subsystem's modes (two rotations, traslation) and the bare plate's modes that possess the same symmetry. This situation no longer exists as the 3-DOF system moves away from the center of the plate, since different bare plate's modes enable distinct motions of the 3-DOF system contributing differently to the "new' modes as its location is modified. Also the natural frequencies of the compound system are nearly uncoupled have been calculated by means of a first order eigenvalue perturbation analysis.
Kim Hyun-Jung;Jung Se-Un;Park Hyo-Keun;Yang Chang-Hak;Kim Dong-Hyun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.3
s.73
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pp.295-302
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2006
In this study, computational structural dynamic analyses of a gyrocopter have been conducted considering unsteady dynamic hub-loads due to rotating blades. 3D CATIA models with detailed mechanical parts we constructed and virtually assembled into the complete aircraft configuration. The dynamic loading generated by rotating blades in the forward flight condition are calculated by a commercial computational fluid dynamics (CFD) code such as FLUENT. Modal based transient and frequency response analyses are used to efficiently investigate vibration characteristics of the gyrocopter. Free vibration analysis results for different fuel and pilot conditions, frequency responses and transient responses for critical flight conditions are also presented in detail.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.6
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pp.445-454
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2002
Torque ripple control of brushless DC motors has been the persisting issue of the servo drive systems in which the speed fluctuation, vibration and acoustic noise should be minimized. In this paper, a novel approach to achieve the ripple-free torque control with maximum efficiency based on the d-q reference frame is presented and analyzed. The proposed approach can provide the optimized phase current waveforms over wide speed range incorporating cogging torque compensation without an access to the neutral point of the motor windings. Moreover, the undesirable errors caused by the assumptions such as 3 phase balance or symmetry of the phase back EMF between electrical cycles, which are related with the manufacturing imperfections, can be also eliminated. As a result, the proposed approach provides a simple and clear way to obtain the optimal motor excitation currents. A hysteresis current control system is employed to produce high-frequency electromagnetic torque ripples for compensation. The validity and applicability of the proposed control scheme to real situations are verified through the simulations and experimental results.
In the present work the dynamic analysis of the functionally graded rectangular nanoplates is studied. The theory of nonlocal elasticity based on the quasi 3D high shear deformation theory (quasi 3D HSDT) has been employed to determine the natural frequencies of the nanosize FG plate. In HSDT a cubic function is employed in terms of thickness coordinate to introduce the influence of transverse shear deformation and stretching thickness. The theory of nonlocal elasticity is utilized to examine the impact of the small scale on the natural frequency of the FG rectangular nanoplate. The equations of motion are deduced by implementing Hamilton's principle. To demonstrate the accuracy of the proposed method, the calculated results in specific cases are compared and examined with available results in the literature and a good agreement is observed. Finally, the influence of the various parameters such as the nonlocal coefficient, the material indexes, the aspect ratio, and the thickness to length ratio on the dynamic properties of the FG nanoplates is illustrated and discussed in detail.
In this paper, a modified 10-node equivalent solid element(MQM10 element), which has smallest degrees of freedom among 3-dimensional solid elements accounting bending deformation as well as extensional and shear deformations of isotropic plates, is proposed. The proposed MQM10 element exhibits stiffer bending stiffness due to the reduction of degrees of freedom from 20-node element or Q11 element. As an effective way to correct the relative stiffness stiffening phenomenon, the modification equation of Gauss sampling points is proposed. The quantity of modification is a function of Poisson's ratio. The effectiveness of MQM10 element is tested by applying it to several examples. It is noted that the results of static and free vibration analysis of isotropic plates using MQM10 elements show a good agreement with those using 20-node element.
A surface blasting method with a single tree face is currently used in Pasir Coal Mine in Indonesia. The single free face is usually the ground surface. This kind of blasting method is easy to use but inevitably causes enormous ground vibrations, which, in turn, can affect the stability of the slopes comprising the various boundaries of the open pit mine. In this regard, we decided to make a specific blasting guideline for the control of found vibrations to ensure the safety of the pit slopes and waste dumps of the mine. Firstly, we derived a prediction equation for the ground vibration levels that could be occurred during blasting in the pits. Then, we set the allowable levels of ground vibrations for the pit slopes and waste dumps as peak particle velocities of 120mm/s and 60mm/s, respectively. From the prediction equation and allowable levels, safe scaled distances were established for field use. The blast design equations for the pit slopes and waste dumps were $D_s{\geq}5\;and\;D_S{\geq}10$ respectively. We also provide several standard blasting patterns for the hole depths of $3.3{sim}8.8m$.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.8
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pp.111-118
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2023
In this paper, we propose a WiFi-based joystick with an acceleration sensor and a vibration sensor that can be used in flight simulators and VR fields. The flight simulator is a technology belonging to the ICT and SW application field and provides a simulation environment that reproduces the aircraft environment. Existing flight simulator control devices are fixed to a specific device and the user's activity area is limited. In this paper, a 3D space manipulation device was implemented for the user's free use of space. In addition, the proposed control device is designed as a WiFi communication board and display that displays information and performs 3-axis sensing for accurate and sophisticated control compared to existing VR equipment controllers. And the applicability was confirmed by implementing a Unity-based virtual environment. As a result of the implementation device verification, it was confirmed that the control device operates normally through the communication interface, It was confirmed that the sensing values in the game and the sensing values measured on the implemented board matched each other. The results of this study can be used for VR and various metaverse related contents in addition to flight simulators.
Banoqitah, Essam Mohammed;Hussain, Muzamal;Khadimallah, Mohamed A.;Ghandourah, Emad;Yahya, Ahmad;Basha, Muhammad;Alshoaibi, Adil
Advances in nano research
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v.13
no.3
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pp.207-216
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2022
In this paper, a novel model is developed for frequency behavior of single walled carbon nanotubes. The governing equation of motion is constructed method based on the Sander theory using Rayleigh-Ritz's method The frequencies enhances on increasing the power law index using simply supported, clamped and clamped free end conditions. The frequency curve for C-F is less than other conditions. It is due to the physical constraints which are applied on the edge of the CNT. It is observed that the C-F boundary condition have less frequencies from the other two conditions. The frequency phenomena for zigzag are insignificant throughout the aspect ratio. Moreover when index of power law is increased then frequencies increases for all boundary conditions. The natural frequency mechanism for the armchair (10, 10) for various values of power law index with different boundary conditions is investigated. Here frequencies decrease on increases the aspect ratio for all boundary conditions. The frequency curves of SS-SS edge condition is composed between the C-C and C-F conditions. The curves of frequency are less significant from small aspect ratio (L/d = 4.86 ~ 8.47) and decreases fast for greater ratios. It is found that the frequencies via aspect ratios, armchair (10, 10) have higher values from zigzag (10, 0). It is due to the material structure which is made by the carbon nanotubes. The power law index have momentous effect on the vibration of single walled carbon nanotubes. The present frequency result is also compared numerically experimentally with Raman Spectroscopy.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.5
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pp.409-418
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2014
Simulation of flow past a complex marine structure requires a fine resolution in the vicinity of the structure, whereas a coarse resolution is enough far away from it. Therefore, a lot of grid cells may be wasted, when a simple Cartesian grid system is used for an Immersed Boundary Method (IBM). To alleviate this problems while maintaining the Cartesian frame work, we adopted an Adaptive Mesh Refinement (AMR) scheme where the grid system dynamically and locally refines as needed. In this study, We implemented a moving IBM and an AMR technique in our basic 3D incompressible Navier-Stokes solver. A Volume Of Fluid (VOF) method was used to effectively treat the free surface, and a recently developed Lagrangian Dynamic Subgrid-scale Model (LDSM) was incorporated in the code for accurate turbulence modeling. To capture vortex induced vibration accurately, the equation for the structure movement and the governing equations for fluid flow were solved at the same time implicitly. Also, We have developed an interface by using AutoLISP, which can properly distribute marker particles for IBM, compute the geometrical information of the object, and transfer it to the solver for the main simulation. To verify our numerical methodology, our results were compared with other authors' numerical and experimental results for the benchmark problems, revealing excellent agreement. Using the verified code, we investigated the following cases. (1) simulating flow around a floating sphere. (2) simulating flow past a marine structure.
The flexible joint with bellows and flange is made by welding bellows and flange in general. The welded parts cause a crack or demage in the flexible joint due to continuous vibration and fatigue limit. This paper is concerned with development of flexible joint with non-welded, free rotation of flange and non-packing to improve fatigue failure condition between bellows and flange. The support box and support plate that are components of press part are designed to compress fore-end of bellows only without demage of bellows. The production system of flexible joint is designed with piston attached on the compression side. The simulation is performed using Deform 3D software. As the result of simulation, the shape of compressed bellows was most proper in the compression power of $157kg{\cdot}f$ and any deformation has not occurred at a part besides fore-end. The result show that the production possibility of the designed flexible joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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