The free vibrations of the outer-clamped spinning annular disk which simulates a wafer cutting machine are investigated. The effects of the initial tension, the centrifugal force and outer-fixture extension caused by spinning on the vibration characteristics of the disk are considered. The modal parameters of the disk are calculated by using Galerkin's method as the rotating speed and initial tension are varied. Laboratory experiments are also performed with a rotating and stationary disk, and, it is found that experimental and simulation results are in good agreement.
본 논문은 부채꼴형 평판의 원형연단이 고정되어 있거나 또는 단순지지 되어 있을 때 요각 모서리의 응력 특이도를 고려하여 자유 진동해를 최초로 구한 연구이다. Ritz방법을 이용하여 수직진동변위를 두가지 적합함수식으로 가정하였다. 본 연구에서는 부채꼴형 각도의 범위에 따른 엄밀한 진동수 및 수직진동 변위의 전형적인 등고선을 제시하였다.
The mechanism of wind-induced ovalling vibrations of cylindrical shells is numerically investigated by using a vortex method. The subject of this paper is limited to a two-dimensional structure in the subcritical regime. The aerodynamic stability of the ovalling vibrations in the second to fourth circumferential modes is discussed, based on the results of a forced-vibration test. In the analysis, two modal configurations are considered; one is symmetric and the other is anti-symmetric with respect to a diameter parallel to the flow direction. The unsteady pressures acting on a vibrating cylinder are simulated and the work done by them for one cycle of a harmonic motion is computed. The effects of a splitter plate on the flow around the cylinder as well as on the aerodynamic stability of the ovalling vibrations are also discussed. The consideration on the mechanism of ovalling vibrations is verified by the results of a free-vibration test.
Jia, Anqiang;Liu, Haiyan;Ren, Lijian;Yun, Yingxia;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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제35권1호
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pp.111-127
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2020
The goal of this study is to fill this apparent gap in the area about investigating the effect of porosity distributions on vibrational behavior of FG sectorial plates resting on a two-parameter elastic foundation. The response of the elastic medium is formulated by the Winkler/Pasternak model. The internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The model is proposed with material parameters varying in the thickness of plate to achieve graded distributions in both porosity and nanofillers. The elastic modulus of the nanocomposite is obtained by using Halpin-Tsai micromechanics model. The annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical approach is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made between the present results and those reported by well-known references for special cases treated before, have confirmed accuracy and efficiency of the present approach. It is observed that the maximum vibration frequency obtained in the case of symmetric porosity and GPL distribution, while the minimum vibration frequency is obtained using uniform porosity distribution. Results show that for better understanding of mechanical behavior of nanocomposite plates, it is crucial to consider porosities inside the material structure.
In the present investigation, the nonlinear dynamic buckling of a curved plate subjected to sinusoidal loading is examined. By the theoretical analyses, a highly nonlinear snap-through motion of a clamped-free-clamped-free plate and its effect on the overall vibration response are investigated. The problem is reduced to that of a single degree of freedom system with the Rayleigh-Ritz procedure. The resulting nonlinear governing equation is solved using Runge-Kutta (RK-4) numerical integration method. The snap-through boundaries, which vary with different damping coefficient and linear circular frequency of the flat plate are studied and given in terms of force and displacement. The relationships between static and dynamic responses at the start of a snap-through motion are also predicted. The analysis brings out various characteristic features of the phenomenon, i.e. 1) small oscillation about the buckled position-softening spring type motion, 2) chaotic motion of intermittent snap-through, and 3) large oscillation of continuous snap-through motion crossing the two buckled positions-hardening spring type. The responses of buckled plate were found to be greatly affected by the snap-through motion. Therefore, better understanding of the snap-through motion is needed to predict the full dynamic response of a curved plate.
Recently, the study on the vibration analysis of machinery is greatly important and ESPI is widely used because of its many attractive features. Firstly, ESPI can be used to measure the vibration mode shape and the phase in real-time. Secondly, the conventional measuring methode, such as accelerometers, take much time to measure the whole field of object, but ESPI needs shorter time than other methods. Because ESPI is a field-inspection method. Thirdly, ESPI is a non-contact measuring system. ESPI does not have influence on the specimen. Beyond these features, there are several advantages in ESPI system. In this paper, the Stroboscopic ESPI system is described for measurement of a vibration mode shape. The Stroboscopic ESPI system had been used to visualize the vibration mode shape, in which EO(Electro-Optic)modulator was used to chop CW(Continuous Wavefront)laser. But it was not easy to control EO modulator and quantified the vibration amplitude and the phase of circular metal plate. At first, we found resonant frequency of the specimen by using time-averaged ESPI method. Nextly, the amplitudes of specimen were quantified by using Stroboscopic ESPI and we compare the results which were obtained in several chopping ratio.
This paper is concerned with the experimental investigation of transverse vibration characteristics in water of rectangular plates having an inner free cutout. Systematic experiments are carried out to investigate effects of the surrounding water on the added mass and the natural frequency of the plates due to the changes of the aspect ratio, hole size and eccentricity. The main subject is the clamped rectangular plate with a circular hole. For the purpose of comparative evaluations, some other common-type boundary conditions and hole shapes such as ellipses and rectangles are also investigated. Some of the results obtain are as follows; 1) For each given aspect ratio of the plate, there is a hole area ratio which gives a minimum value of the nondimensional frequency parameter for each mode. The hole area ratio increases as the order number of the mode increases. 2) The nondimensinal mass-increment parameter decreases as the aspect ration or the order number of the mode increases. For each given aspect ratio, the parameter the fundamental mode decreases monotonically as the hole area ratio increase. In cases of the second and higher order modes, however, each mode has a hole area ratio which gives a maximum value of the parameter for each aspect ratio more then 2/3. 3) Comparing elliptic holes with rectangular ones with same hole area ratio, nondimensional frequency parameters are almost same for each given ratio of the shorter axises to the longer one. 4) The influences of difference in boundary condion on nondimensional frequency parameters in water are similar to those in air.
The coupling phenomenon between stress and magnetic induction, known as magnetostriction, has been successfully applied to generate and measure elastic waves. Most applications of this phenomenon thus far, however, are rather limited to cylindrical ferromagnetic waveguides. The main objective of this work is to develop a new patch-type, orientation-adjustable magnetostrictive transducer that is applicable for non-cylindrical, non-ferromagnetic waveguides. The existing patch-type transducer consisting of a ferromagnetic patch and a racetrack coil is useful to generate elastic waves only in one specific direction once the patch is bonded to a test specimen. However, the proposed transducer can transmit and receive elastic waves in any direction only with one patch at a given location. The proposed magnetostrictive transducer consists of a circular nickel patch, a figure-of-eight coil, and a couple of bias permanent magnets. Because of the unique configuration of the transducer, the propagating direction of the generated waves can be freely controlled since the set of bias magnets and the coil is not bonded to the magnetostrictive patch. In this work, the characteristics of the proposed transducer were investigated experimentally.
Submerged and semi-submerged vehicles expel cooling water through an outlet. In this process, induced noise and vibration by the flow around the outlet have been reported, and it may cause problems directly related to survivability of the navy vessels. The coolant outlet has a net-type structure and circular columns are mostly used. In this study, flow measurements using PIV and LDV were performed for different type outlets; conventional (flat plate with round bar) and improved (flat and flat plate) configurations. Experiments were conducted at a cavitation tunnel where pressure and steady flow rate conditions are ensured for sufficient time to measure the flow. The average velocity field of the outlets were measured and compared through LDV measurements, and instantaneous vorticities were evaluated through PIV measurements. The results show that the improved type of the outlet is advantageous in terms of flow stability compared to the conventional type of the outlet.
The forced vibration analysis of the outer-clamped spinnig annular disk with arbitrary in-plane is formulated to investigate the influence of non-uniform tension on the cutting accuracy of wafer cutting machine. The arbitrary in-plan force along the outer edge of an annular plate is expressed as a Fourier series. Galerkin method and modal superposition method are employed to obtain the forced responses under the static force and the impulse force in astationary coordinate. Through qualitative and quantitative analyses, it can be found that forced and impulse responses are sensitive to the non-uniformity of in-plane force, which can bring a bad effect to the accuracy of wafer cutting process. Also, in case of a spinning disk with non-uniform in-plane force, critical speed is required to define in a different way, compared with conventional definition in axi-symmetrical spinning disk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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