Ravizza, Gabriele;Ferrari, Rosalba;Rizzi, Egidio;Chatzi, Eleni N.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.5
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pp.631-641
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2018
This paper outlines a computational procedure for the effective merging of diverse sensor measurements, displacement and acceleration signals in particular, in order to successfully monitor and simulate the current health condition of civil structures under dynamic loadings. In particular, it investigates a Kalman Filter implementation for the Heterogeneous Data Fusion of displacement and acceleration response signals of a structural system toward dynamic identification purposes. The procedure is perspectively aimed at enhancing extensive remote displacement measurements (commonly affected by high noise), by possibly integrating them with a few standard acceleration measurements (considered instead as noise-free or corrupted by slight noise only). Within the data fusion analysis, a Kalman Filter algorithm is implemented and its effectiveness in improving noise-corrupted displacement measurements is investigated. The performance of the filter is assessed based on the RMS error between the original (noise-free, numerically-determined) displacement signal and the Kalman Filter displacement estimate, and on the structural modal parameters (natural frequencies) that can be extracted from displacement signals, refined through the combined use of displacement and acceleration recordings, through inverse analysis algorithms for output-only modal dynamics identification, based on displacements.
Lou, Wenjuan;Bai, Hang;Huang, Mingfeng;Duan, Zhiyong;Bian, Rong
Wind and Structures
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v.31
no.2
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pp.165-183
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2020
The first step of performance-based design for transmission lines is the determination of wind fields as well as wind loads, which are largely depending on local wind climate and the surrounding terrain. Wind fields in a mountainous area are very different with that in a flat terrain. This paper firstly investigated both mean and fluctuating wind characteristics of a typical mountainous wind field by wind tunnel tests and computational fluid dynamics (CFD). The speedup effects of mean wind and specific turbulence properties, i.e., turbulence intensity, power spectral density (PSD) and coherence function, are highlighted. Then a hybrid simulation framework for generating three dimensional (3D) wind velocity field in the mountainous area was proposed by combining the CFD and proper orthogonal decomposition (POD) method given the properties of the target turbulence field. Finally, a practical 220 kV transmission line was employed to demonstrate the effectiveness of the proposed wind field generation framework and its role in the performance-based design. It was found that the terrain-induce turbulence effects dominate the performance-based structural design of transmission lines running through the mountainous area.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.557-561
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2014
In this work, Altair Engineering's vibroacoustic modeling approach is used to simulate the acoustic signature of a simplified automobile in a wind tunnel. The modeling approach relies on a two step procedure involving simulation and extraction of acoustic sources using a high fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation followed by propagation of the acoustic energy within the structure and passenger compartment using a structural dynamics solver. The tools necessary to complete this process are contained within Altair's HyperWorks CAE software suite. The CFD simulations are performed using AcuSolve and the structural simulations are performed using OptiStruct. This vibroacoustics simulation methodology relies on calculation of the acoustic sources from the flow solution computed by AcuSolve. The sources are based on Lighthill's analogy and are sampled directly on the acoustic mesh. Once the acoustic sources have been computed, they are transformed into the frequency domain using a Fast Fourier Transform (FFT) with advanced sampling and are subsequently used in the structural acoustics model. Although this approach does require the CFD solver to have knowledge of the acoustic simulation domain a priori, it avoids modeling errors introduced by evaluation of the acoustic source terms using dissimilar meshes and numerical methods. The aforementioned modeling approach is demonstrated on the Hyundai Simplified Model (HSM) geometry in this work. This geometry contains flow features that are representative of the dominant noise sources in a typical automobile design; namely vortex shedding from the passenger compartment A-pillar and bluff body shedding from the side view mirrors. The geometry also contains a thick poroelastic material on the interior that acts to reduce the acoustic noise. This material is modeled using a Biot material formulation during the structural acoustic simulation. Successful prediction of the acoustic noise within the HSM geometry serves to validate the vibroacoustic modeling approach for automotive applications.
The dynamic properties of primary-secondary structural systems are examined using analytical expressions for the modal properties. The analysis begins with a Lagrange multiplier formulation to develop a characteristic equation in terms of primary system mobilities and secondary system impedances. The complexity of the characteristic equation by developing new method, frequency window method. It is shown that the reduction of complexity can only be obtained by a reduction of accuracy, but by retaining the dominant effects of the dynamics problem, the loss of accuracy is not excessive. The reduced problem is examined further to develop simple expressions for the modal properties which provide insight into the resonance characteristics of the primary-secondary system problem. The results are useful as a complement to existing computational techniques for understanding and interpreting dynamic analysis results.
Structure-dependent integration methods seem promising for structural dynamics applications since they can integrate unconditional stability and explicit formulation together, which can enable the integration methods to save many computational efforts when compared to an implicit method. A newly developed structure-dependent integration method can inherit such numerical properties. However, an unusual overshooting behavior might be experienced as it is used to compute a forced vibration response. The root cause of this inaccuracy is thoroughly explored herein. In addition, a scheme is proposed to modify this family method to overcome this unusual overshooting behavior. In fact, two improved formulations are proposed by adjusting the difference equations. As a result, it is verified that the two improved formulations of the integration methods can effectively overcome the difficulty arising from the inaccurate integration of the steady-state response of a high frequency mode.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.65-71
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2011
Seakeeping analysis has progressed from the linear frequency-domain 2D strip method to the nonlinear timedomain 3D panel method. Nevertheless, the violent free surface flows such as slamming and green water on deck are beyond the scope of traditional panel methods based on potential theory. Recently, Computational Fluid Dynamics (CFD) has become an attractive numerical tool that can effectively deal with the violent free surface flows. ABS, as a classification society, is putting forth a significant amount of effort to implement the CFD technology to the advanced strength assessment of modern commercial ships and high-speed naval craft. The main objective of this study is to validate the CFD technology as a seakeeping tool for ship design considering fully nonlinear three-dimensional slamming and green water on deck. The structural loads on a large container carrier were successfully calculated from the CFD analysis and validated with segmented model test measurements.
The latest developments in topology optimization are integrated with Computational Fluid Dynamics (CFD) for the conceptual design of building structures. The wind load on a building is simulated using CFD, and the structural response of the building is obtained from finite element analysis under the wind load obtained. Multiple wind directions are simulated within a single fluid domain by simply expanding the simulation domain. The bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) algorithm with a scheme of material interpolation is extended for an automatic building topology optimization considering multiple wind loading cases. The proposed approach is demonstrated by a series of examples of optimum topology design of perimeter bracing systems of high-rise building structures.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.9
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pp.127-134
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2004
It is difficult to have the existing structural optimization using coupled field analysis from CFD to structure analysis when the structure is influenced of fluid. Therefore in an initial model of this study after doing parameter design from the background of shape using topology optimization. and it is making a approximation formula using by the CFD-structure coupled-field analysis and design of experiment. By using this result, we conducted multi-objective optimization. We could confirm efficiency of stochastic method applicable in the scene of structure reliability design to be needed multi-objective optimization. And we presented a way of design that could overcome the time and space restriction in structural design such as the butterfly valve with the less experiment.
Inevitable source-uncertainties in geometry configuration, boundary condition, and material properties may deviate the structural dynamics from its expected responses. This paper aims to examine the influence of these uncertainties on the vibration of functionally graded beams. Finite element procedures are presented for Timoshenko beams and utilized to generate reliable datasets. A prerequisite to the uncertainty quantification of the beam vibration using Monte Carlo simulation is generating large datasets, that require executing the numerical procedure many times leading to high computational cost. Utilizing artificial neural networks to model beam vibration can be a good approach. Initially, the optimal network for each beam configuration can be determined based on numerical performance and probabilistic criteria. Instead of executing thousands of times of the finite element procedure in stochastic analysis, these optimal networks serve as good alternatives to which the convergence of the Monte Carlo simulation, and the sensitivity and probabilistic vibration characteristics of each beam exposed to randomness are investigated. The simple procedure presented here is efficient to quantify the uncertainty of different stochastic behaviors of composite structures.
In this study, we proposed a newly designed sulfuric acid transfer system for the sulfur-iodine (SI) thermochemical cycle. The proposed sulfuric acid transfer system was evaluated using a computational fluid dynamics (CFD) analysis for investigating thermodynamic/hydrodynamic characteristics and material properties. This analysis was conducted to obtain reliable continuous operation parameters; in particular, a thermal analysis was performed on the bellows box and bellows at amplitudes and various frequencies (0.1, 0.5, and 1.0 Hz). However, the high temperatures and strongly corrosive operating conditions of the current sulfuric acid system present challenges with respect to the structural materials of the transfer system. To resolve this issue, we designed a novel transfer system using polytetrafluoroethylene (PTFE, $Teflon^{(R)}$) as a bellows material for the transfer of sulfuric acid. We also carried out a CFD analysis of the design. The CFD results indicated that the maximum applicable temperature of PTFE is about 533 K ($260^{\circ}C$), even though its melting point is around 600 K. This result implies that the PTFE is a potential material for the sulfuric acid transfer system. The CFD simulations also confirmed that the sulfuric acid transfer system was designed properly for this particular investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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