The logarithmic decrement method has been long used to estimate damping ratios in systems with only one modal component such as linear single degree of freedom (SDOF) mechanical systems. This paper presents an application of a methodology that uses joint time-frequency distribution (JTFD) as input, instead of the raw signal, to systems with several vibration modes. A most important feature of the present approach is that it can be applied to a system with time-varying damping ratio. Initially the precision and robustness of the method is determined using a synthetic model with multiple harmonic components, one of them displaying a time-varying damping ratio, subsequently the results obtained from experiments with a reduced model are presented. A comparison is made between the results obtained with this methodology and those using the classical technique of Least Squares Complex Exponential Method (LSCE) in order to highlight the advantages of the former, such as, good precision, robustness and excellent performance in extreme cases, e.g., when very low frequency components and time varying damping ratio are present.
Kim, Saang-Bum;Im, Duk-Ki;Kim, Chang-Hyun;Lee, Jong-Sup
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.421-424
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2009
사장교 케이블의 감쇠비를 추정하기 위하여 실교량 계측을 수행하였다. 사장교 케이블은 감쇠비가 낮고, 고유 진동수가 케이블의 길이에 따라 넓은 범위에 걸쳐 분포하므로, 바람이나 지점 가진에 의하여 과도한 진동이 발생될 수 있다. 케이블 진동 현상의 원인과 발생되고 진행되는 구조는 다양하나, 진동 현상의 가장 중요한 요소는 감쇠비이며, 케이블 진동의 과도한 진동을 감소시키기 위하여, 케이블의 감쇠비를 증가시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 사장교 케이블의 다양한 진동 현상에 대한 발생 여부를 판단하고, 케이블 댐퍼와 같은 여러 제진 대책을 설계하고, 설치된 케이블 제진 대책의 성능을 검증하기 위해서는, 케이블의 감쇠비를 추정하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 사용되어져 온 케이블의 감쇠비 추정 방법은 정해진 모드로 자유 진동을 발생시킨 후, 진폭의 감소 추세로부터 Logarithmic Decrement를 계산하여 감쇠비를 구하는 방법이다. 그러나 수백m에 이르는 긴 케이블에서 정해진 모드의 자유 진동을 발생시키는 것은 쉽지 않다. 최근에는 상시 진동으로부터 감쇠비를 추정하는 여러 기법들이 개발되어져 왔으며, Frequency Domain Decomposition Method나 Stochastic Subspace Identification Method 등이 많이 사용되고 있다. 이 논문에서는, 상시진동 기반의 기법들을 사용하여, 사장교 케이블의 감쇠비를 추정하였으며, 추정된 감쇠비의 신뢰도를 높이기 위해, 측정시간을 늘리고, 가진 풍하중의 영향을 반영하여 보정하였다. 또한 추정된 감쇠비를 Buffeting 진동과 와류 진동과 같이 진동 현상과 진폭별로 분석하였다.
Gearboxes are often used in the petrochemical and electrical power plants to transmit mechanical power between two branches of a machinery train rotating at different speeds. When the gearboxes are connected with rotors supported by journal bearings, bearing loads vary in magnitude and direction with rotor speed and torque transmitted by the gearboxes. In this study, dynamic characteristics of the system which consists of gearboxes and a rotor supported by journal bearings are investigated analytically and experimentally by employing the polynomial transfer matrix method and modal analysis under different speeds and torque levels. Journal bearing loads due to the transmitted torque are claculated analytically and the stiffness and damping coefficient of the journal bearings are obtained using finite element method. Comparison of the analytical and experimental results shows that the cross coupled stiffness coefficients increase with increasing rotor speed, while the cross coupled damping coefficients decrease. This generates the oil whirl instability in the journal bearings. As the transmitted torque level goes up, the stiffness coefficients of the journal bearing and the first horizontal natural frequency increase. High levels of the transmitted torque produce high bearing stiffness since the contact loads of the mating gear teeth increase. The logarithmic decrement, which is a stability indicator, is shown to decrease with increasing speed and decreasing torque. Thus, at the low torque level, the system become unstable even at the low shaft speed.
This study proposes a procedure for designing a labyrinth seal that meets both leakage flow rate and rotordynamic performance criteria (effective damping, amplification factor, separation margin, logarithmic decrement, and vibration amplitude). The seal is modeled using a one control volume (1CV) bulk flow approach to predict the leakage flow rate and rotordynamic coefficients. The rotating shaft is modeled with the finite element (FE) method and is assumed to be supported by two linearized bearings. Geometry, material and operating conditions of the rotating shaft, and the supporting characteristics of the bearings were fixed. A single labyrinth seal is placed at the center of the rotor, and the linearized dynamic coefficients predicted by the seal numerical model are inserted as linear springs and dampers at the seal position. Seal designs that satisfy both leakage and rotordynamic performance are searched by modifying five seal design parameters using the multi-grid method. The five design parameters include pre-swirl ratio, number of teeth, tooth pitch, tooth height and tooth tip width. In total, 12500 seal models are examined and the optimal seal design is selected. Finally, normalization was performed to select the optimal labyrinth seal designs that satisfy the system performance requirements.
The damping ratio of railway bridge has become one of the most important issues in dynamic design and dynamic stability of railway bridge. In the present study, laboratory and field test were performed for railway bridges such as a twin I-shaped steel composite girder, PSC box, steel box, PSC, IPC, PRECOM, preflex. The damping ratio of railway bridge according to structure types was estimated by logarithmic decrement method. Therefore, magnitude, frequency and amplitude of load did not affect damping ratio of railway bridge. Also, damping ratio limit of steel composite and PSC bridges was evaluated in 1.0%.
Cyril Thomas Antony Raj;Jyothis Paul Elanhikuzhy;Baskar Kaliyamoorthy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.685-699
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2023
In recent years, Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) strengthening is found to be one of the best methods to strengthen steel structures. The fibrous bond can also influence the vibration characteristics of the strengthened element apart from its static strength enhancement property. The main objective of this study is to understand the influence of CFRP strengthening on the dynamic Behaviour of Thin-Webbed Castellated Beams (TWCBs). A detailed experimental investigation was carried out on five sets of beams with varying parameters such as domination of shear (Shear Dominant, Moment Dominant and Moment and Shear Dominant), sectional classification (Plastic and Semi-compact) and perforation geometries (ho/dwratio 0.65 and e/ho ratio 0.3). Free vibration analysis was carried out by exciting the simply supported TWCBs with an impact force generated by a ball dropped from a specific height. Logarithmic decrement method was used to obtain the damping ratio and natural frequencies of vibration were found by Fast Fourier Transform (FFT). Natural frequency showed an increase in a range of 10.5 - 55% for the different sets of castellated beams. An increase of 62.30% was noted in the damping ratio of TWCBs after strengthening which is an indication of improvement in the vibration characteristics of the beam.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.4
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pp.153-161
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2017
Liquid storage tank is one of the major infrastructures and generally used to store gases, drinking and utilizing water, dangerous fluids, fire water and so on. According to the recent reports and experiences, the tank structures are damaged in many earthquakes due to their low energy dissipating capacity. Therefore, many researchers have been tried to know the dynamic properties of the tanks including liquids. However, vary limited experimental studies are carried out using relatively small tank models. In this study, a series of shaking table tests are performed with maximum 2 m cubic rectangular liquid storage tanks made of steel to measure the natural frequency and estimate damping coefficient of impulsive and convective mode of the tanks. Especially, the damping values under different shapes and excitation methods are estimated by logarithmic decrement method and half power band-pass method and compared with current design code and standards such as ASCE 7, Eurocode 8 and NZS. Test results show that the impulsive mode damping is around 2% which is proposed by general standards and codes but the impulsive mode damping is 0.13% average that is slightly lower than the code recommendation.
The aim of this study was to develop the noise and vibration damping wood-based composites by using viscoelastic polymer materials. Polyvinylchloride(PVC) was plasticized with 20-140 phr bis(2-ethylhexyl) phthalate(DOP) and the dynamic tensile mechanical properties were measured at 110Hz and approximate temperature range -100 to 150$^{\circ}$ using a Rheovibron Instrument. The PVC/DOP blends were shown to be compatible in all proportions, and both T(E”$_{max}$) and T(tan${\delta}_{max}$) shifted to the lower temperature side as the DOP content increased. The vibration damping properties of wood/polymer composites were measured using the Rheovibron instrument in a bending mode. The composite damping factor(tan ${\delta}_{c}$) of wood /PVC-DOP/wood sandwich structure correlated with the loss factor and that of the coated structure correlated with the loss modulus(E”) of the polymer layer. In addition, the sandwich structure was found to be more effective in damping than the coated structure. The logarithmic decrement (${\Delta}$c) curve of a sandwich structure, which was determined by the free-free flexural vibration method was similar in shape to the tan ${\delta}_{c}$ curve.
The use of turbocharger in internal combustion engines has increased as it is a key components for improving system efficiency without increasing engine size. Because of increasing demand, many studies have evaluated rotordynamic performance so as to increase rotation speed. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a floating ring bearing. We constructed rotor model by using the finite element method and approximated bearings as being infinitely short. In the linear model, we considered fluid film force as stiffness and damping element. In nonlinear analysis, calculation of the fluid film force involved solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed model by comparing the results to those of previous research. The analysis results show that there are four unstable modes, which are rigid body modes combining ring and rotor motion. As the rotating speed increases, the logarithmic decrement shows that certain unstable modes goes into the stable area or the stable mode goes into the unstable area. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis frequency jump phenomenon demonstrated in several experimental studies appears. The analysis results also showed that frequency jump phenomenon occurs when the vibration mode changes and the sequence of unstable mode matches the linear analysis result. However, the natural frequency predicted using linear analysis differs from those obtained using nonlinear analysis.
In this study, for a high-pressure turbine (HPT) of 800 MW class supercritical thermal-power plant, considering aerodynamic cross-coupling, we performed a rotordynamic logarithmic decrement (LogDec) stability analysis with various tilting pad journal bearing (TPJB) designs, which several steam turbine OEMs (original equipment manufacturers) currently apply in their supercritical and ultra-supercritical HPTs. We considered the following TPJB designs: 6-Pad load on pad (LOP)/load between pad (LBP), 5-Pad LOP/LBP, Hybrid 3-Pad LOP (lower 3-Pad tilting and upper 1-Pad fixed), and 5-Pad LBPs with the design variables of offset and preload. We used the API Level-I method for a LogDec stability analysis. Following results are summarized only in a standpoint of LogDec stability. The Hybrid 3-Pad LOP TPJBs most excellently outperform all the other TPJBs over nearly a full range of cross-coupled stiffness. In a high range of cross-coupled stiffness, both the 6-Pad LOP and 5-Pad LOP TPJBs may be recommended as a practical conservative bearing design approach for enhancing a rotordynamic stability of the HPT. As expected, in a high range of cross-coupled stiffness, the 6-Pad LBP TPJBs exhibit a better performance than the 5-Pad LBP TPJBs. However, contrary to one's expectation, notably, the 5-Pad LOP TPJBs exhibit a slightly better performance than the 6-Pad LOP TPJBs. Furthermore, we do not recommend any TPJB design efforts of either increasing a pad offset from 0.5 or a pad preload from 0 for the HPT in a standpoint of stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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