Since relatively low elasticity modulus of the FRP materials results in lower natural frequencies, it is necessary to study the free vibration of FRP transmission poles. In this paper, the free vibration of tapered FRP transmission poles with thin-walled circular cross-section is investigated by a tapered beam element. To model the flexible joints of the modular poles, a rotational spring model is used. Modal analysis is performed for typical FRP poles with/without joint and they are also modeled by ANSYS commercial finite element software. There is a good correlation between the results of the tapered beam finite element model and those obtained from ANSYS as well as the existing experimental results. The effects of different geometries, material lay-ups, concentrated masses at the pole tip, and joint flexibilities are evaluated. Moreover, it is concluded that using tougher fibres at the inner and outer layers of the cross-section, results in higher natural frequencies, significantly.
This work presents a practical detailed finite element (FE) approach for the three-dimensional (3D) free-vibration analysis of actual aircraft and spacecraft-type lightweight and thin honeycomb sandwich panels. It consists of calling successively in $MATLAB^{(R)}$, via a developed user-friendly GUI, a detailed 3D meshing tool, a macrocommands language translator and a commercial FE solver($ABAQUS^{(R)}$ or $ANSYS^{(R)}$). In contrary to the common practice of meshing finely the faces and core cells, the proposed meshing tool represents each wall of the actual hexagonal core cells as a single two-dimensional (2D) 4 nodes quadrangularshell element or two 3 nodes triangular ones, while the faces meshes are obtained simply using the nodes at the core-faces interfaces. Moreover, as the same 2D FE interpolation type is used for meshing the core and faces, this leads to an automatic handling of their required FE compatibility relations. This proposed approach is applied to a sample made of very thin glass fiber reinforced polymer woven composite faces and a thin aluminum alloy hexagonal honeycomb core. The unknown or incomplete geometric and materials properties are first collected through direct measurements, reverse engineering techniques and experimental-FE modal analysis-based inverse identification. Then, the free-vibrations of the actual honeycomb sandwich panel are analyzed experimentally under different boundary conditions and numerically using different mesh basic cell shapes. It is found that this approach is accurate for the first few modes used for pre-design purpose.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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제22권12호
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pp.1243-1249
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2012
Finite element models are updated in two stages in this paper. In the first stage, damping is neglected, and mass and stiffness matrices of a finite element model are updated using an optimization technique. The objective function for optimization consists of natural frequencies and mode shapes obtained from experimental modal testing data and finite element analysis. In the second stage, damping is considered with the mass and stiffness matrices fixed. A damping matrix is estimated assuming a proportional damping system. Then the damping matrix is adjusted using an optimization process so that the difference between the analytical and measured frequency response functions becomes minimum. This procedure of model updating has been applied to a simulated system and an experimental cantilever beam.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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제39권2호
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pp.106-113
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2011
This paper was conducted on experimental analysis in the free vibration analysis of rectangular plates under uniform thermal loading. Materials of three rectangular plates were aluminum, steel and stainless-steel respectively. The dimension of rectangular plates was 0.1 $\times$ 0.1 $\times$ 0.002 m. Infrared quartz lamps were used for thermal loading. The PCS(Power Control System) electric control system was applied for control and scanning vibrometer (Poly Tech) was used for acquisition of frequency response function. Applied temperature was increased from room temperature to $300^{\circ}C$ by $50^{\circ}C$. Boundary condition was free-free condition using bungee cord. Front face of rectangular plate was heated uniformly.
In this paper, welding pitch optimization technique of vehicle subframe is presented considering the fatigue life of spot welding nuggets. Fatigue life of spot welding nuggets is estimated by using the frequency-domain fatigue analysis technique. The input data, which are used in the fatigue analysis, are obtained by performing the dynamic analysis of vehicle model passing through the Belgian road profile and also the modal frequency response analysis of finite element model of vehicle subframe. According to the fatigue life result obtained from the frequency-domain fatigue analysis, the design points to optimize the weld pitch distance are determined. For obtaining the welding pitch combination to maximize the fatigue life of the spot welding nuggets, 4-factor, 3-level orthogonal array experimental design is used. This study shows that the optimized subframe improves the fatigue life of welding nugget with minimum fatigue life about 65.8 % as compared with the baseline design.
The purpose of this study was to examine the impact of Science Writing Heuristic (SWH) on multiple representations in students' writing and to survey experimental group students' recognition about the use of multiple representations. For this study, Participants of this study were 158 students in 7th grade. 94 students were assigned to the experimental group and 64 students were assigned to the comparative group. The experimental group showed significantly higher mean score than comparative group at utilizing multiple representation in summary writing. Interview analysis indicated that all students who participated in interviews, regardless of solid multi-modal competency, recognized that use of multiple representations with appropriate explanations enable to communicate science information persuasively.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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제17권10호
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pp.967-975
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2007
A rotordynamic analysis was performed with a dry vacuum pump, which is a major equipment in modern semiconductor and LCD manufacturing processes. The system is composed of screw rotors, lobes picking air, helical gears, driving motor, and support rolling element bearings of rotors and motor. The driving motor-screw rotor system has a rated speed of 6,300 rpm, and was modeled utilizing a rotordynamic FE method for analysis, which was verified through 3-D FE analysis and experimental modal analysis. As loadings on the bearings due to the gear action were significant in the system considered, each resultant bearing load was calculated by considering the generalized forces of the gear action as well as the rotor itself. Each resultant bearing loading was used in calculating each stiffness of rolling element bearings. Design goals are to achieve wide separation margins of lateral and torsional critical speeds, and favorable unbalance responses of the rotor in the operating range. Then, a complex rotordynamic analysis of the system was carried out to evaluate its forward synchronous critical speeds, whirl natural frequencies and mode shapes, unbalance responses under various unbalance locations, and torsional interference diagram. Results show that the entire system is well designed in the operating range. In addition, the procedure of rotordynamic analysis for dry vacuum pump rotor-bearing system was proposed and established.
Song, Tae-Ha;Lee, Jung-Ho;Choi, Jong Kyun;Lee, Hee Won
Journal of Biomedical Engineering Research
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제43권5호
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pp.319-330
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2022
In this study, the optimal driving frequency was derived through finite element analysis (FEA) to optimize the developed piezoelectric ultrasonic medical devices(PUMD) for bone surgery. The core of the PUMD is the piezoelectric ceramic (PZT), which is a vibrator that generates vibration energy. The piezoelectric ceramic shows the maximum current value with respect to the input voltage at the resonance frequency, which generates the maximum mechanical vibration. In the past, various studies have been conducted related to the analysis of PUMD, but most of the research so far has been limited to free vibration analysis. However, in order to derive the accurate resonant frequency, the initial stress generated by bolt tightening in the bolt-clamped Langevin type transducer (BLT) must be considered. In this study, after designing a PUMD, the driving performance according to the bolt tightening value was analyzed through FEA, and this was experimentally verified. First, the resonance mode and frequency response were confirmed through modal and harmonic analysis at 20-40 kHz, which is known as the optimal driving frequency band of PUMD for bone surgery. In addition, the design of the PUMD was confirmed by checking the mechanical behavior of the tip and the piezoelectric ceramic at the resonant frequency. Consequentially, the characteristic evaluation was performed, and it was confirmed that the resonant frequency result derived through the FEA was reasonable. Through this study, we presented a more rational FEA method than before for BLT transducers. We expect that this will shorten the time and cost of developing a PUMD, and will enable the development of more stable and high-quality products.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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제38권2호
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pp.349-356
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2018
This paper attempts to develop a connection model based on FE analysis that can be applied to the evaluation of earthquake fragility of Steel Storage Racks lacking research in Korea. In order to accomplish this goal, shaking table tests, modal tests, and various member tests (8 case, push-over test) for structural members have been conducted to understand the behavior of steel storage racks. Based on the experimental results, detailed modeling of the joints was conducted using the NX-Nastran program in order to develop a connection model for Steel storage racks to be applied to the seismic vulnerability assessment. Especially, surface to surface contact element and spring element are applied to simulate the connection between the column member and the beam member connected by the simple latch method. Spring element model developed and applied ARX (Auto Regressive eXogenous) based mathematical model. The simulation results based on the FE model showed excellent reliability with a mutual error rate of less than 8% when compared with the member test results. As a result, it was confirmed that the FE model based connection model developed in the study can be applied to the analytical model for the seismic vulnerability assessment of Steel storage racks.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제30권1호
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pp.7-15
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2017
This paper presents the results of the parametric study to investigate the effects of several analysis modeling parameters such as support conditions, member connectivities and cable member stiffness on the main mode shapes and natural frequencies of a representative disaster resilient greenhouse structure. In addition, an ambient vibration test was performed on the representative greenhouse structure and its main mode shapes and natural frequencies were obtained. By comparing the experimental and analysis results, a proper analysis modeling method of the representative greenhouse structure was proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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