Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar;Sevim, Baris
Computers and Concrete
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v.12
no.6
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pp.803-818
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2013
In this study, analytical and experimental modal analyses of a scaled bridge model are carried out to extract the dynamic characteristics such as natural frequency, mode shapes and damping ratios. For this purpose, a scaled bridge model is constructed in laboratory conditions. Three dimensional finite element model of the bridge is constituted and dynamic characteristics are determined, analytically. To identify the dynamic characteristics experimentally; Experimental Modal Analyses (ambient and forced vibration tests) are conducted to the bridge model. In the ambient vibration tests, natural excitations are provided and the response of the bridge model is measured. Sensitivity accelerometers are placed to collect signals from the measurements. The signals collected from the tests are processed by Operational Modal Analysis; and the dynamic characteristics of the bridge model are estimated using Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods. In the forced vibration tests, excitation of the bridge model is induced by an impact hammer and the frequency response functions are obtained. From the finite element analyses, a total of 8 natural frequencies are attained between 28.33 and 313.5 Hz. Considering the first eight mode shapes, these modes can be classified into longitudinal, transverse and vertical modes. It is seen that the dynamic characteristics obtained from the ambient and forced vibration tests are close to each other. It can be stated that the both of Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods are very useful to identify the dynamic characteristics of the bridge model. The first eight natural frequencies are obtained from experimental measurements between 25.00-299.5 Hz. In addition, the dynamic characteristics obtained from the finite element analyses have a good correlation with experimental frequencies and mode shapes. The MAC values obtained between 90-100% and 80-100% using experimental results and experimental-analytical results, respectively.
This paper presents the dynamic stability study of laminated composite plates with different force combinations and aspect ratios. Optimum non-diverging stacking is obtained for certain loading combination and aspect ratio. In addition, the stability force is maximized for a definite operating frequency. A dynamic version of the principle of virtual work for laminated composites is used to obtain force-frequency relation. Since dynamic stiffness governs the divergence or flutter, an efficient optimization method is necessary for the response functional and the relevant constraints. In this way, a model based on the ant colony optimization (ACO) algorithm is proposed to search for the proper stacking. The ACO algorithm is used since it treats with large number of dynamic stability parameters. Governing equations are formulated using classic laminate theory (CLT) and von-Karman plate technique. Load-frequency relations are explicitly obtained for fundamental and secondary flutter modes of simply supported composite plate with arbitrary aspect ratio, stacking and boundary load, which are used in optimization process. Obtained results are compared with the finite element method results for validity and accuracy convince. Results revealed that the optimum stacking with stable dynamic response and maximum critical load is in angle-ply mode with almost near-unidirectional fiber orientations for fundamental flutter mode. In addition, short plates behave better than long plates in combined axial-shear load case regarding stable oscillation. The interaction of uniaxial and shear forces intensifies the instability in long plates than short ones which needs low-angle layup orientations to provide required dynamic stiffness. However, a combination of angle-ply and cross-ply stacking with a near-square aspect ratio is appropriate for the composite plate regarding secondary flutter mode.
Song, Chang Geun;Yoon, Jisu;Yoon, Youngbin;Kim, Young Jin;Lee, Min Chul
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.518-525
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2016
This paper presents the characteristics of non-fundamental multi-mode combustion instability and the effects of high-harmonic components on the Rayleigh criterion. Phenomenological observations of multi-harmonic-mode dynamic pressure waves regarding the intensity of harmonic components and the source of wave distortion have been explained by introducing examples of second- and third-order harmonics at various amplitudes. The amplitude and order of the harmonic components distorted the wave shapes, including the peak and the amplitude, of the dynamic pressure and heat release, and consequently the temporal Rayleigh index and its integrals. A cause-and-effect analysis was used to identify the root causes of the phase delay and the amplification of the Rayleigh index. From this analysis, the skewness of the dynamic pressure turned out to be a major source in determining whether multi-mode instability is driving or damping, as well as in optimizing the combustor design, such as the mixing length and the combustor length, to avoid unstable regions. The results can be used to minimize errors in predicting combustion instability in cases of high multi-mode combustion instability. In the future, the amount of research and the number of applications will increase because new fuels, such as fast-burning syngases, are prone to generating multi-mode instabilities.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.29
no.1
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pp.39-55
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1993
Modal Analysis is the process of characterizing the dynamic properties of an elastic structure by identifying its modes of vibration. A mode of vibration is a global property of an elastic structure. That is, a mode has a specific natural frequency and damping factor which can be identified from response data at practically any point on a structure, and it has a characteristic mode shape which identifies the mode spatially over the entire structure. Modal testing is able to be performed on structural and mechanical structure in an effort to learn more about their elastic behavior. Once the dynamic properties of a structure are known its behavior can be predicted and therefore controlled or corrected. Resonant frequencies, damping factors and mode shape data can be used directly by a mechanical designer to pin point weak spots in a structure design, or this data can also be used to confirm or synthesize equations of motion for the elastic structure. These differential equations can be used to simulate structural response to know input forces and to examine the effects of pertubations in the distributed mass, stiffness and damping properties of the structure in more detail. In this paper the measurement of transfer functions in digital form, and the application of digital parameter identification techniques to identify modal parameters from the measured transfer function data are discussed. It is first shown that the transfer matrix, which is a complete dynamic model of an elastic plate structure can be written in terms of the structural modes of vibration. This special mathematical form allows one to identify the complete dynamics of the structure from a much reduced set of test data, and is the essence of the modal approach to identifying the dynamics of a structure. Finally, the application of transfer function models and identification techniques for obtaining modal parameters from the transfer function data are discussed. Characteristics on vibration response of elastic plate structure obtained from the dynamic analysis by Finite Element Method are compared with results of modal analysis.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.10
no.6
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pp.784-794
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1998
The present study has been directed at developing thermal models to investigate the dynamic behavior of a solar cooling system including an absorption chiller, solar collectors, a hot water storage tank, a fan coil unit, and the air-conditioned space. The operation of the system was simulated for 8 hours in two different operation modes. In the mode 1, the system operated without any capacity control.0 the mode 2, an auxiliary boiler supplied heat to the generator if hot water temperature became lower than a certain value. Moreover, the mass flow rate of hot water to the generator was controlled by comparing the instantaneous room air temperature with the design value. The variation of temperature and concentration in the system components and that of heat transfer rates in the system were obtained for both modes of operation. It was found that the room temperature was maintained near the desired value in the mode 2 by supplying auxiliary heat or controlling the mass flow rate of hot water, while the deviation of room temperature was quite great in the mode 2.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.3
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pp.214-221
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2005
For decades, airships have being developed in Europe (especially German) and America. Airships are planning to be used for advertisements and airliners as well. In Korea, KARI (Korea Aerospace Research Institute) is developing stratospheric communication airship and the similar research is carried out in Japan. Among them, Zeppelin of German has the cutting-edge airship technology with Zeppelin NT. In this paper, the flight performance and stability were evaluated by comparing mathematical theory and the real test. The stability was examined through dynamic modeling and assured by designing controllers at each flight mode. Elevator angle, rudder angle, magnitude of thrust and tilting angle of thrust vector were used as control inputs. Moreover, after measuring the airship velocity, flight direction, magnitude and direction of the wind, attitude angles and trajectories of the airship at each flight mode, the results were compared with the simulation. To get the reasonable data, low-pass filter and band-stop filter were designed to get rid of the sensor noise and engine vibration. The test was accomplished at cruise mode, turning mode, and deceleration. To conclude, with comparing the simulation data and flight test data, it could be known that the dynamic model used in this paper was reasonable.
A dynamic simulation and test of frame with thin walled closed section beams considering warping conditions have been performed. When a beam is subjected under torsional moment, the cross section will deform an warping as well as twist. For some thin-walled sections warping will be large, and accompanying warping restraint will induce axial and shear stresses and reduce the twist of beam which stiffens the beam in torsion. This paper presents that an warping restraint factor in finite element model effects the behavior of beam deformation and dynamic mode shape. The computer modelling of frame is discussed in linear beam element model and linear thin shell element model, also presents a correlation between computer predicted and actual experimental results for static deflection, natural frequencies and mode shapes of frame.
Using a current-mode multiple reset, a current-to-voltage(I-V) converter with a wide dynamic range was produced. The converter consists of a trans-impedance amplifier(TIA), an analog-to-digital converter(ADC), and an N-bit counter. The digital output of the I-V converter is composed of higher N bits and lower bits, obtained from the N-bit counter and the ADC, respectively. For an input current that has departed from the linear region of the TIA, the counter increases its digital output, this determines a reset current which is subtracted from the input current of the I-V converter. This current-mode reset is repeated until the input current of the TIA lies in the linear region. This I-V converter is realized using 0.35 ${\mu}m$ LSI technology. It is shown that the proposed I-V converter can increase the maximum input current by a factor of $2^N$ and widen the dynamic range by $6^N$. Additionally, the I-V converter is successfully applied to a photometric sensor.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.499-505
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2004
A Propulsion System of the CRW(Canard Rotor Wing) type UAV(Unmanned Aerial Vehicle) was composed of the turbojet engine to generate the propulsive exhaust gas, and the duct system including straight bent ducts, tip-jet nozzles, a master valve and a variable main nozzle for three flight modes such as lift/landing mode, low speed transition flight mode and high speed forward flight mode. In this study, in order to operate safely the propulsion system, the dynamic Performance behavior of the system was modeled and simulated using the SIMULIN $K^{ }$, which is the user-friendly GUI type dynamic analysis tool provided by MATLA $B^{ }$. In the transient performance model, the inter-component volume model was used. The performance analysis using the developed models was performed at various flight condition, valve angle positions and fuel flow schedules, and these results could set the safe flight mode transition region to satisfy the inlet temperature overshoot limitation as well as the compressor surge margin. Performance analysis results using the SIMULIN $K^{ }$ performance program were compared with them using the commercial program GSP.m GSP.
This study presents a mode analysis of 3D turbulent velocity data around a square-section building model to identify the dynamic system for Kármán-type vortex shedding. Proper orthogonal decomposition (POD) was first performed to extract the significant 3D modes. Magnitude-squared coherence was then applied to detect the phase consistency between the modes, which were roughly divided into three groups. Group 1 (modes 1-4) depicted the main vortex shedding on the wake of the building, with mode 2 being controlled by the inflow fluctuation. Group 2 exhibited complex wake vortexes and single-sided vortex phenomena, while Group 3 exhibited more complicated phenomena, including flow separation. Subsequently, a third-order polynomial regression model was used to fit the dynamics system of modes 1, 3, and 4, which revealed average trend of the state trajectory. The two limit cycles of the regression model depicted the two rotation directions of Kármán-type vortex. Furthermore, two characteristic periods were identified from the trajectory generated by the regression model, which indicates fast and slow motions of the wake vortex. This study provides valuable insights into 3D mode morphology and dynamics of Kármán-type vortex shedding that helps to improve design and efficiency of structures in turbulent flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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