A novel three-degree-of-freedom (DOF) forced vibration system has been developed for identification of aeroelastic (self-excited) load parameters used in time-domain response analysis of wind-excited flexible structures. This system is capable of forcing sinusoidal motions on a section model of a structure that is used in wind tunnel aeroelastic studies along all three degrees of freedom - along-wind, cross-wind, and torsional - simultaneously or in any combination thereof. It utilizes three linear actuators to force vibrations at a consistent frequency but varying amplitudes between the three. This system was designed to identify all the parameters, namely, aeroelastic- damping and stiffness that appear in self-excited (motion-dependent) load formulation either in time-domain (rational functions) or frequency-domain (flutter derivatives). Relatively large displacements (at low frequencies) can be generated by the system, if required. Results from three experiments, airfoil, streamlined bridge deck and a bluff-shaped bridge deck, are presented to demonstrate the functionality and robustness of the system and its applicability to multiple cross-section types. The system will allow routine identification of aeroelastic parameters through wind tunnel tests that can be used to predict response of flexible structures in extreme and transient wind conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.2
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pp.119-126
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1984
An analysis is presented for the vibration and stability of Beck's column carring a tip mass at its free and subjected there to a follower compressive force by using variational approach. The influence of transverse shear deformation and rotatory inertial of the mass of the column upon the critical flutter load and frequency is considered, and Timoshenko's shear coefficient K' is calculated by Cowper's formulae. It is, moreover, worth noticing that the influence of inertial moment of tip mass upon the flutter load and frequency is investigated. The centroid of a tip mass is offset from the free end of the beam and located along its extended axis of the two cases, one of which has a tip mass increasing as .xi., the tip mass offset parameter, is augmented, the other has a tip mass constant but the inertial moment is variable according to a magnitude of .eta., the tip mass offset parament. This study reveals that the effects of inertial moment of a tip mass and larger value of P are specially remarkable even a tip mass is a same.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.254-257
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2006
In this paper a dynamic behavior(natural frequency) of a cracked cantilever and simply supported pipe conveying fluid is presented. In addition, an analysis of the flutter and buckling instability of a cracked pipe conveying fluid subjected to a follower compressive load is presented. Based on the Euler-Bernouli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.1
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pp.99-105
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2006
In this study, nonlinear static and dynamic aeroelastic analyses for a high-aspect-ratio wing have been performed. To achieve these aims, the transonic small disturbance (TSD) theory for the aerodynamic analysis and the large deflection beam theory considering a geometrical nonlinearity for the structural analysis are applied, respectively. For the coupling between fluid and structure, the transformation of a displacement from the structural mesh to the aerodynamic grid is performed by a shape function which is used for the finite element and the inverse transformation of force by work equivalent load method. To validate the current method, the present analysis results of a high-aspect-ratio wing are compared with the experimental results. Static deformations in the vertical and torsional directions caused by an angle of attack and gravity loading are compared with experimental results. Also, static and dynamic aeroelastic characteristics are investigated. The comparisons of the flutter speed and frequency between a linear and nonlinear analysis are presented.
Francois, Guillaume;Cooper, Jonathan E.;Weaver, Paul M.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.2
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pp.93-124
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2017
Aeroelastic performance controls wing shape in flight and its behaviour under manoeuvre and gust loads. Controlling the wing‟s aeroelastic performance can therefore offer weight and fuel savings. In this paper, the rib orientation and the crenellated skin concept are used to control wing deformation under aerodynamic load. The impact of varying the rib/crenellation orientation, the crenellation width and thickness on the tip twist, tip displacement, natural frequencies, flutter speed and gust response are investigated. Various wind-off and wind-on loads are considered through Finite Element modelling and experiments, using wings manufactured through polyamide laser sintering. It is shown that it is possible to influence the aeroelastic behaviour using the rib and crenellation orientation, e.g., flutter speed increased by up to 14.2% and gust loads alleviated by up to 6.4%. A reasonable comparison between numerical and experimental results was found.
In this paper the influence of rotary inertia, shear and compressibility on the value of the critical force for the Beck's column is analyzed. The constitutive equation is of Engesser's type. As a result, the critical load parameter for which instability of flutter type occurs is calculated for several values of the column's parameters.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.73-80
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2004
Mass matrix, elastic stiffness matrix, load correction stiffness matrix by circulatory non-conservative force, and Winkler and Pasternak foundation matrix of framed structure in 2-D are calculated for stability analysis of divergence or flutter system. Then, a matrix equation of the motion for the non-conservative system is formulated and numerical results are presented to demonstrate the effect of some parameters with using Newmark method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.3
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pp.57-65
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1990
The finite element menthod for the investigation of the static and dynamic stability of the plane framed structures subjected to non-conservative forces is presented. By using the Hermitian polynomial as the shape function, the geometric stiffness matrix, the load correction stiffness matrix for non-conservative forces, and the matrix equation of internal and external damping are derived. Then, a matrix equation of the motion for the non-conservative system is formulated and the critical divergence and flutter loads are determined from this equation.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.32
no.5
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pp.418-425
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2019
A piezoelectric ceramic fiber composite (PCFC) was successfully fabricated using $0.69Pb(Zr_{0.47}Ti_{0.53})O_3-0.31[Pb(Zn_{0.4}Ni_{0.6})_{1/3}Nb_{2/3}]O_3$ (PZT-PZNN) for use in small-scale wind energy harvesters. The PCFC was formed using an epoxy matrix material and an array of Ag/Pd-coated PZT-PZNN piezo-ceramic fibers sandwiched by Cu interdigitated electrode patterned polyethylene terephthalate film. The energy harvesting performance was evaluated in a custom-made wind tunnel while varying the wind speed and resistive load with two types of flutter wind energy harvesters. One had a five-PCFC array vertically clamped with a supporting acrylic rod while the other used the same structure but with a five-PCFC cantilever array. Stainless steel (thickness: $50{\mu}m$) was attached onto one side of the PCFC to form the PZT-PZNN cantilever. The output power, in general, increased with an increase in the wind speed from 2 m/s to 10 m/s for both energy harvesters. The highest output power of $15.1{\mu}W$ at $14k{\Omega}$ was obtained at a wind speed of 10 m/s for the flutter wind energy harvester with the PZT-PZNN cantilever array. The results presented here reveal the strong potential for wind energy harvester applications to supply sustainable power to various IoT micro-devices.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.2
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pp.210-220
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2012
The model-free control of aeroelastic vibrations of a non-linear 2-D wing-flap system operating in supersonic flight speed regimes is discussed in this paper. A novel continuous robust controller design yields asymptotically stable vibration suppression in both the pitching and plunging degrees of freedom using the flap deflection as a control input. The controller also ensures that all system states remain bounded at all times during closed-loop operation. A Lyapunov method is used to obtain the global asymptotic stability result. The unsteady aerodynamic load is considered by resourcing to the non-linear Piston Theory Aerodynamics (PTA) modified to account for the effect of the flap deflection. Simulation results demonstrate the performance of the robust control strategy in suppressing dynamic aeroelastic instabilities, such as non-linear flutter and limit cycle oscillations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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