The present paper is concerned with the design of distributed sensors and actuators. Strain type sensors and actuators are considered with their intensity continuously distributed throughout a continuous structure. The sensors measure a weighted average of the strain tensor. As a starting point for their design we introduce the concept of collocated sensors and actuators as well as the so-called natural output. Then we utilize the principle of virtual work for an auxiliary quasi-static problem to assign a mechanical interpretation to the natural output of the sensors to be designed. Therefore, we take the virtual displacements in the principle of virtual work as that part of the displacement in the original problem, which characterizes the deviation from a desired one. We introduce different kinds of distributed sensors, each of them with a mechanical interpretation other than a weighted average of the strain tensor. Additionally, we assign a mechanical interpretation to the collocated actuators as well; for that purpose we use an extended body force analogy. The sensors and actuators are applied to solve the displacement tracking problem for continuous structures; i.e., the problem of enforcing a desired displacement field. We discuss feed forward and feed back control. In the case of feed back control we show that a PD controller can stabilize the continuous system. Finally, a numerical example is presented. A desired deflection of a clamped-clamped beam is tracked by means of feed forward control, feed back control and a combination of the two.
Generally, structural optimization is carried out based on external static loads. All forces have dynamic characteristics in the real world. Mathematical optimization with dynamic loads is extremely difficult in a large-scale problem due to the behaviors in the time domain. In practical applications, it is customary to transform the dynamic loads into static loads by dynamic factors, design codes, and etc. But the optimization results with the unreasonably transformed loads cannot give us good solutions. Recently, a systematic transformation has been proposed as an engineering algorithm. Equivalent static loads are made to generate the same displacement field as the one from dynamic loads at each time step of dynamic analysis. Thus, many load cases are used as the multiple loading conditions which are not costly to include in modem structural optimization. In this research, the proposed algorithm is applied to the optimization of flexible multibody dynamic systems. The equivalent static load is derived from the equations of motion of a flexible multibody dynamic system. A few examples that have been solved before are solved to be compared with the results from the proposed algorithm.
This paper presents a method of seismic analysis for a 2-D fluid-structure-soil interaction systems. With this method, the fluid can be modeled by spurious free 4-node displacement-based fluid elements which use rotational penalty and mass projection technique in conjunction with the one point reduced integration scheme to remove the spurious zero energy modes. The structure and the near-field soil are discretized by the standard 2-D finite elements, while the unbounded far-field soil is represented by the dynamic infinite elements in the frequency domain. Since this method directly models the fluid-structure-soil interaction systems, it can be applied to the dynamic analysis of a 2-D liquid storage structure with complex geometry. Finally, results of seismic analyses are presented for a spent fuel storage tank embedded in a layered half-space and a massive concrete dam on a layered half-space.
This paper presents a method of seismic analysis for a 2-D fluid-structure-soil interaction systems. With this method, the fluid can be modeled by spurious free 4-node displacement-based fluid elements which use rotational penalty and mass projection technique in conjunction with the one point reduced integration scheme to remove the spurious zero energy modes. The structure and the near-field soil are discretized by the standard 2-D finite elements, while the unbounded far-field soil is represented by the dynamic infinite elements in the frequency domain. Since this method directly models the fluid-structure-soil interaction systems, it can be applied to the dynamic analysis of a 2-D liquid storage structure with complex geometry. Finally, results of seismic analyses are presented for a spent fuel storage tank embedded in a layered half-space and a massive concrete dam on a layered half-space.
In this study, a new harmonic axisymmetric thick shell element for static and dynamic analyses is proposed. The newly proposed element considering shear strain is based on a modified Hellinger-Reissner variational principle, and introduces additional nodeless degrees for displacement field interpolation in order to enhance numerical performance. The stress parameters selected via the field-consistency concept. are very important in formulating a trouble-free hybrid-mixed elements. For computational efficiency, the stress parameters are eliminated by the stationary condition and then the nodeless degrees are condensed out by the dynamic reduction. Several numerical examples confirm that the present element shows improved efficiency and yields very accurate results for static and vibration analyses.
The dynamic response of a cracked functionally graded piezoelectric material (FGPM) under transient anti-plane shear mechanical and in-plane electrical loads is investigated in the present paper. It is assumed that the electroelastic material properties of the FGPM vary smoothly in the form of an exponential function along the thickness of the strip. The analysis is conducted on the basis of the unified (or natural) crack boundary condition which is related to the ellipsoidal crack parameters. By using the Laplace and Fourier transforms, the problem is reduced to the solutions of Fredholm integral equations of the second kind. Numerical results for the stress intensity factor and crack sliding displacement are presented to show the influences of the elliptic crack parameters, the electric field, FGPM gradation, crack length, and electromechanical coupling coefficient.
In this paper, an experimental study on porous air bearing stiffness for ultra precision positioning system was performed. In general manufacturer provide bearing stiffness under specific air pressure, but the air pressure used in the field is different. Therefore it is necessary to know the stiffness of air bearing under the pressure used in the field. In order to know that, experimental device which can realize actual operating conditions was made. Using this device, static and dynamic stiffness of air bearing can be obtained. As a result, displacement error occurred around 1 $\mu$m at recommended load.
Korean trains pass many mountain areas, so the volume of structures like bridge and tunnel has large part of railway lines. Train speed-up naturally needs a straight line in railway, then structures are increasing, and the length of structure has more than 70% in Kyongbu high-speed railway. The stiffness of bridge and tunnel is higher than the soil in the roadbed in spite of dynamic difference in vibration and displacement. Differences in stiffness have more dynamic effects and increase the deformation and destruction in the track and roadbed. This influences passenger's comfort and the safety of operation, and it needs more track maintenance. This study selected tunnel with ballast track, tunnel with concrete track, and structure's approaches with short maintenance cycle in the roadbed and had track acceleration tests and track liner inspections using track master in the field. This study will measure periodically to structure's approaches which have very fast track irregularity and analyze dynamic differences and track irregularity near structure's approaches, so realize the cause of track irregularity of structure's approaches and use basic data for reasonably strengthening method of structure's approaches.
Recently, many linear motion generators and are rapidly finding applications that ranges from short stroke linear motion vibrators, such as dynamic cone type loud speakers tostirling engine driven linear reciprocatings, alternators, compressors, textile machines etc. In this paper the dynamic performance with load is computed by a general purpose method, which the equation of electromagnetic field, the equation of electric circuit and the equation of motion are coupled together. We fumed out the driving system and the dynamic characteristics of current, voltage and displacement is confirmed experiment.
An algorithm is proposed for computing dynamic displacements of a bridge using FBG sensors. An existing algorithm for estimating dynamic displacements of a simply supported beam through mode superposition is extended and applied to various types of bridges with bending and torsional modes. The proposed algorithm is examined through field tests on a suspension span steel deck plate box girder bridge. Guidelines are provided for determining the number of modes and the number of strain gages to be used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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