Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.760-763
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2003
This study proposed the analysis of damage defection due to the change of the stiffness of structure by using the original and modified dynamic characteristics. The method is applied to examples of a cantilever and 3 degree of freedom by modifying the stiffness. The predicted damage detections are in good agreement with these from the structural reanalysis using the modified stiffness.
In this paper the dynamic stiffness matrix method was used for the free vibration analysis of axially moving micro beam with constant velocity. The extended Hamilton's principle was employed to derive the governing differential equation of the problem using the modified couple stress theory. The dynamic stiffness matrix of the moving micro beam was evaluated using appropriate expressions of the shear force and bending moment according to the Euler-Bernoulli beam theory. The effects of the beam size and axial velocity on the dynamic characteristic of the moving beam were investigated. The natural frequencies and critical velocity of the axially moving micro beam were also computed for two different end conditions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.11
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pp.1144-1151
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2012
A damage in structure alters its dynamic characteristics. The change is characterized by changes in the modal parameter, i.e., modal frequencies, modal damping value and mode shape associated with each modal frequency. Changes also occur in some of the structural parameters; namely, the mass, damping, stiffness matrices of the structure. In this paper, evaluation of changes in stiffness matrix of a structure is presented as a method not only for identifying the presence of the damage but also locating the damage. It is shown that changed stiffness matrix can be accurately estimated a sensitivity coefficient matrix derived from modifying mode shapes, First, with 4 story shear structure models, the effect of presence of damage in a structure on its stiffness matrix is studied. By using these analytical model, the effectiveness of using change of stiffness matrix in detecting and locating damages is demonstrated. To validate the predicted changing stiffness and its location, the obtained results are compared to the reanalysis result which shows good agreement.
The dynamic analysis of trusses using the finite element method tends to overlook the effect of local member dynamic behavior on the overall response of the complete structure. This is due to the fact that the lateral inertias of the members are omitted from the global inertia terms in the structure mass matrix. In this paper a condensed dynamic stiffness matrix is formulated and used to calculate the exact dynamic properties of trusses without the need to increase the model size. In the examples the limitations of current solutions are presented together with the exact results obtained from the proposed method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.10
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pp.1050-1055
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2012
The bearing coupling section of machine tools is the most important factor to determine their static/dynamic stiffness. To ensure the proper performance of machine tools, the static/dynamic stiffness of the rotating system has to be predicted on the design stage. Various parameters of the bearing coupling section, such as the spring element, node number and preload influence the characteristics of rotating systems. This study focuses on the prediction of the static and dynamic stiffness of the rotating system with the bearing coupling section using the finite element (FE) model. MATRIX 27 in ANSYS has been adopted to describe the bearing coupling section of machine tools because the MATRIX 27 can describe the bearing coupling section close to the real object and is applicable to various machine tools. The FE model of the bearing couple section which has the sixteen node using MATRIX 27 was constructed. Comparisons between finite element method (FEM) predictions and experimental results were performed in terms of the static and dynamic stiffness.
For the spatially coupled free vibration analysis of composite box beams resting on elastic foundation under the axial force, the exact solutions are presented by using the power series method based on the homogeneous form of simultaneous ordinary differential equations. The general vibrational theory for the composite box beam with arbitrary lamination is developed by introducing Vlasov°Øs assumption. Next, the equations of motion and force-displacement relationships are derived from the energy principle and explicit expressions for displacement parameters are presented based on power series expansions of displacement components. Finally, the dynamic stiffness matrix is calculated using force-displacement relationships. In addition, the finite element model based on the classical Hermitian interpolation polynomial is presented. To show the performances of the proposed dynamic stiffness matrix of composite box beam, the numerical solutions are presented and compared with the finite element solutions using the Hermitian beam elements and the results from other researchers. Particularly, the effects of the fiber orientation, the axial force, the elastic foundation, and the boundary condition on the vibrational behavior of composite box beam are investigated parametrically. Also the emphasis is given in showing the phenomenon of vibration mode change.
For the spatially coupled free vibration analysis of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beam subjected to initial axial force, an exact dynamic element stiffness matrix of curved beam is evaluated. Firstly equations of motion and force-deformation relations are rigorously derived from the total potential energy for a curved beam element. Next a system of linear algebraic equations are constructed by introducing 14 displacement parameters and transforming the second order simultaneous differential equations into the first order simultaneous differential equations. And then explicit expressions for displacement parameters are numerically evaluated via eigensolutions and the exact $14{\times}14$ dynamic element stiffness matrix is determined using force-deformation relations. To demonstrate the accuracy and the reliability of this study, the spatially coupled natural frequencies of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beams subjected to initial axial forces are evaluated and compared with analytical and FE solutions using isoparametric and Hermitian curved beam elements and results by ABAQUS's shell elements.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.6
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pp.50-55
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2003
This study proposed the analysis of damage detection due to the change of the stiffness of structure by using the original and modified dynamic characteristics. The present approach allows the use of composite data which consist of eigenvalues and eigenvectors. The suggested method is applied to examples of a cantilever and 3 degree of freedom system by modifying the stiffness. The predicted damage detections are in good agreement with these from the structural reanalysis using the modified stiffness.
The dynamic stiffness matrix is formulated for an axially loaded slender double-beam element in which both beams are homogeneous, prismatic and of the same length by directly solving the governing differential equations of motion of the double-beam element. The Bernoulli-Euler beam theory is used to define the dynamic behaviors of the beams and the effects of the mass of springs and axial force are taken into account in the formulation. The dynamic stiffness method is used for calculation of the exact natural frequencies and mode shapes of the double-beam systems. Numerical results are given for a particular example of axially loaded double-beam system under a variety of boundary conditions, and the exact numerical solutions are shown for the natural frequencies and normal mode shapes. The effects of the axial force and boundary conditions are extensively discussed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.10
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pp.1021-1027
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2009
Finite element models of dynamic systems can be updated in two stages. In the first stage, mass and stiffness matrices are updated neglecting damping. In the second stage, a damping matrix is estimated with the mass and stiffness matrices fixed. Methods to estimate a damping matrix for this purpose are proposed in this paper. For a system with proportional damping, a damping matrix is estimated using the modal parameters extracted from the measured responses and the modal matrix calculated from the mass and stiffness matrices from the first stage. For a system with non-proportional damping, a damping matrix is estimated from the impedance matrix which is the inverse of the FRF matrix. Only one low or one column of the FRF matrix is measured, and the remaining FRFs are synthesized to obtain a full FRF matrix. This procedure to obtain a full FRF matrix saves time and effort to measure FRFs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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