It is a recent trend for advanced ships and submarines to incorporate composite structures with viscoelastically damping material. Much research has been done on curve-fitting techniquesto identify vibration characteristic parameters such as natural frequencies, modal damping ratios, and mode shapes of the composite structure. In this study, an advanced technique for accurately determining vibration characteristic of a circular cylindrical shell-attached viscoelastically damping material is used, based on a multi-degree of freedom (MDOF) curve-fitting method. First, an initial value is obtained by using a linear least square method. Next, using the initial value, the exact modal parameters of the composite circular cylindrical shell are obtained by using a nonlinear least square method. Results show computation time is greatly decreased and accurate results are obtained by the MDOF curve-fitting method.
Traditional structural dynamic analysis and Structural Health Monitoring (SHM) of large scale concrete civil structures rely on manufactured embedding transducers to obtain structural dynamic properties. However, the embedding of manufactured transducers is very expensive and low efficiency for signal acquisition. In dynamic structural analysis and SHM areas, piezoelectric transducers are more and more popular due to the advantages like quick response, low cost and adaptability to different sizes. In this paper, the applicable feasibility assessment of the designed "artificial" piezoelectric transducers called Concrete Piezoelectric Smart Module (CPSM) in dynamic structural analysis is performed via three major experiments. Experimental Modal Analysis (EMA) based on Ibrahim Time Domain (ITD) Method is applied to experimentally extract modal parameters. Numerical modal analysis by finite element method (FEM) modeling is also performed for comparison. First ten order modal parameters are identified by EMA using CPSMs, PCBs and FEM modeling. Comparisons are made between CPSMs and PCBs, between FEM and CPSMs extracted modal parameters. Results show that Power Spectral Density by CPSMs and PCBs are similar, CPSMs acquired signal amplitudes can be used to predict concrete compressive strength. Modal parameter (natural frequencies) identified from CPSMs acquired signal and PCBs acquired signal are different in a very small range (~3%), and extracted natural frequencies from CPSMs acquired signal and FEM results are in an allowable small range (~5%) as well. Therefore, CPSMs are applicable for signal acquisition of dynamic responses and can be used in dynamic modal analysis, structural health monitoring and related areas.
In this study, modal parameters such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios of RC frames with low strength are determined for different construction stages using ambient vibration test. For this purpose full scaled, one bay and one story RC frames are produced and tested for plane, brick in-filled and brick in-filled with plaster conditions. Measurement time, frequency span and effective mode number are determined by considering similar studies and literature. To obtain experimental dynamic characteristics, Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification techniques are used together. It is shown that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of RC frames. The results indicate that modal parameters change significantly depending on the construction stages. In addition, Infill walls increase stiffness and change the mode shapes of the RC frame. There is a good agreement between mode shapes obtained from brick in-filled and in-filled with plaster conditions. However, some differences are seen in plane frame, like expected. Dynamic characteristics should be verified using finite element analysis. Finally, inconsistency between experimental and analytical dynamic characteristics should be minimize by finite element model updating using some uncertain parameters such as material properties, boundary condition and section properties to reflect the current behavior of the RC frames.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.409-412
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2005
Just as the vibration modes of a beam are dependent on its end constraints or boundary conditions. Vibration modes of a tire are dependent on its patch and spindle constraints. This dependence is key to understanding the dynamic properties of a tire and is apparent in various analytical and experimental investigations in the literature. One of the main task in a modal analysis is the measurement of the Frequency Response Function (FRFs). Because all the subsequent analysis is based on these FRFs, their quality is critically important in obtaining accurate modal parameter estimates. In rotating systems, FRFs are frequently contaminated by harmonic peaks related to such factors as imbalance, misalignment. This harmonic peaks appear in the FRFs as sharp spikes, which can be erroneously treated in modal curve-fitting procedures as structural modes. The harmonic peaks removal method is demonstrated by application to modal analysis on rotating tires. The results show substantial improvement in FRF quality.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.2
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pp.75-84
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2010
An in-cabinet response spectrum should be generated to perform the seismic qualification of devices and instruments mounted inside safety-related electrical equipment installed in nuclear power plants. The response spectrum is available by obtaining accurate seismic responses at the device mounting location of the cabinet. The dynamic behavior of most of electrical equipment may not be easily analyzed due to their complex mass and stiffness distributions. Considering these facts, this study proposes a procedure to estimate the seismic responses of a structure by a combination of a test and subsequent analysis. This technique firstly constructs the modal equations of the structure by using the experiment modal parameters obtained from the impact test. Then the seismic responses of the structure may be calculated by a mode superposition method. A simple steel frame structure was fabricated as a specimen for the validation of the proposed method. The seismic responses of the specimen were estimated by using the proposed technique and compared with the measurements obtained from the shaking table tests. The study results show that it is possible to accurately estimate the seismic response of the structure by using the experimental modal parameters obtained from the impact test.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.4
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pp.120-127
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2008
A military vehicle undergoes normal to extreme driving conditions, which consequently induce the fatigue and fracture of cabin and frame. So, it is important to estimate the fatigue life of two components at an initial design stage. In this paper, Modal Superposition Method(MSM) was applied to evaluate the durability performance of a small-sized military truck. For reliable durability analysis, a Virtual Test Lab(VTL) Model was established by correlation with experimental results. These data were extracted from actual driving test, modal test, and SPMD(Suspension Parameter Measuring Device) test. This process shows that Virtual Fatigue Analysis can be a useful approach in the development of military vehicles as well as commercial vehicles.
In this paper, a new damage detection and quantification method has been presented to perform detection and quantification of structural damage under ambient vibration loadings. To extract modal properties of the structural system under ambient excitation, natural excitation technique (NExT) and eigensystem realization algorithm (ERA) are employed. Sensitivity matrices of the dynamic residual force vector have been derived and used in the parameter subset selection method to identify multiple damaged locations. In the sequel, the steady state genetic algorithm (SSGA) is used to determine quantified levels of the identified damage by minimizing errors in the modal flexibility matrix. In this study, performance of the proposed damage detection and quantification methodology is evaluated using a finite element model of a truss structure with considerations of possible experimental errors and noises. A series of numerical examples with five different damage scenarios including a challengingly small damage level demonstrates that the proposed methodology can efficaciously detect and quantify damage under noisy ambient vibrations.
On the premise of ensuring that the static performance of the concrete spreader is met, the first-order natural frequency of the concrete spreader is increased, and the weight of the main beam is reduced. ANSYS is used as an analysis tool to perform modal analysis on the concrete spreader. The natural frequency, mode shape and modal test verification will be obtained to ensure the accuracy of finite element model analysis. Using the ANSYS designxplorer module, the size of the main beam is set, and the response surface model between the parameter variables and the optimization objective is established according to the experimental design points. Screening algorithm and MOGA algorithm are used to multi-optimize the stress, first-order natural frequency and girder weight, and the optimal solution is obtained by comparison. The results of modal analysis are consistent with those of the experiment, and a set of optimal solutions is obtained through the optimization algorithm. The optimal solution obtained can meet the purpose of increasing the first-order natural frequency of the concrete spreader and reducing the weight of the main beam under the premise of ensuring the overall dynamic and static performance of the concrete spreader.
The purpose of this study is to identify the dynamic characteristics of a motor-die in washing machine and provide quantitative design information needed for reduction of radiated sound from the motor-die. To perform the design analysis, dynamic characteristics are identified by motor-die modeling and the availability of model is verified by experimental modal analysis. Numerical approach using MSC/NASTRAN and SYSNOISE predicted sound attenuation effects according to the change of design parameters, such as thickness, concentrated mass and rib. The numerical results due to the rib attachment showed the significant noise attenuation effects over 15 dB in the frequency range of 450∼700 Hz.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.23-32
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2000
The purpose of this study is to identify the dynamic characteristics of a motor-die in washing machine and provide quantitative design information needed for the reduction of radiated sound from the motor-die. To perform the design analysis, dynamic characteristics are identified by motor-die modeling and the availability of model is verified by experimental modal analysis. Numerical approach using MSC/NASTRAN and SYSNOISE predicted sound attenuation effects according to the change of design parameters, such as thickness, concentrated mass and rib. The numerical results due to the rib attachment showed the significant noise attenuation effects over 15dB in the frequency range of 450-700Hz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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