It is difficult to calculate the output force of a single-layer piezoelectric actuator under voltage excitation. In this paper, the piezoelectric actuator is organically combined with the mass-spring-damping system, and the deformation of the piezoelectric actuator under voltage excitation is transformed into the displacement of the mass-spring-damping system. Then, according to the differential equation of the system, the formulae of the mechanical output of the piezoelectric actuator under sinusoidal alternating current and DC step excitation are obtained by using the Laplace change and the inverse change, respectively. Finally, the proposed equations are verified by using ceramic piezoelectric actuators and PVDF actuators, respectively. The results are compared with the existing ones, which shows that the proposed method is feasible, easy, and practical.
Lalonde, Eric R.;Dai, Kaoshan;Bitsuamlak, Girma;Lu, Wensheng;Zhao, Zhi
Wind and Structures
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v.30
no.6
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pp.663-678
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2020
Robust semi-active vibration control of wind turbines using tuned mass dampers (TMDs) is a promising technique. This study investigates a 1.5 megawatt wind turbine controlled by eight different types of tuned mass damper systems of equal mass: a passive TMD, a semi-active varying-spring TMD, a semi-active varying-damper TMD, a semi-active varying-damper-and-spring TMD, as well as these four damper systems paired with an additional smaller passive TMD near the mid-point of the tower. The mechanism and controllers for each of these TMD systems are explained, such as employing magnetorheological dampers for the varying-damper TMD cases. The turbine is modelled as a lumped-mass 3D finite element model. The uncontrolled and controlled turbines are subjected to loading and operational cases including service wind loads on operational turbines, seismic loading with service wind on operational turbines, and high-intensity storm wind loads on parked turbines. The displacement and acceleration responses of the tower at the first and second mode shape maxima were used as the performance indicators. Ultimately, it was found that while all the semi-active TMD systems outperformed the passive systems, it was the semi-active varying-damper-and-spring system that was found to be the most effective overall - capable of controlling vibrations about as effectively with only half the mass as a passive TMD. It was also shown that by reducing the mass of the TMD and adding a second smaller TMD below, the vibrations near the mid-point could be greatly reduced at the cost of slightly increased vibrations at the tower top.
Sung, Nak-Jun;Transue, Shane;Kim, Minsang;Choi, Yoo-Joo;Choi, Min-Hyung;Hong, Min
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.8
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pp.4072-4089
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2018
This paper introduces a scheme for optimizing the material properties of mass-spring systems of different resolutions to provide coherent behavior for reduced level-of-detail in MSS(Mass-Spring System) meshes. The global optimal material coefficients are derived to match the behavior of provided reference mesh. The proposed method also gives us insight into levels of reduction that we can achieve in the systematic behavioral coherency among the different resolution of MSS meshes. We obtain visually acceptable coherent behaviors for cloth models based on our proposed error metric and identify that this method can significantly reduce the resolution levels of simulated objects. In addition, we have confirmed coherent behaviors with different resolutions through various experimental validation tests. We analyzed spring force estimations through triangular Barycentric coordinates based from the reference MSS that uses a Gaussian kernel based distribution. Experimental results show that the displacement difference ratio of the node positions is less than 10% even if the number of nodes of $MSS^{sim}$ decreases by more than 50% compared with $MSS^{ref}$. Therefore, we believe that it can be applied to various fields that are requiring the real-time simulation technology such as VR, AR, surgical simulation, mobile game, and numerous other application domains.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.801-804
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2006
The purpose of this paper is to investigate the stability of stepped cantilever columns with a tip mass of rotatory inertia and a translational spring at one end. The column model is based on the Bernoulli-Euler theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibration of columns with stepwise variable cross-section and subjected to a subtangential follower force is solved numerically using the corresponding boundary conditions. And the bisection method is used to calculate the critical divergence/flutter load. The frequency and critical divergence/flutter load for the stepped column with a single step are presented as functions of various non-dimensional system parameters: the segmental length parameter, the section ratio, the subtangential parameter, the mass, the moment of inertia of the mass, and the spring parameter.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.4
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pp.266-273
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2003
The purpose of this study is to obtain the effects of the parameters of the suspension system in railway rolling-stock for KT-23 type Passenger vehicle. According to the analysis and the small scale model car test. optimal condition was obtained for the stiffness ratio of secondary spring to primary spring of the suspension system and the mass ratio of the bogie frame to the car body. The analysis of the study shows that if the car body mass is increased or secondary stiffness Is lowered, the vertical vibration level is reduced and the passenger comfort can be improved. Especially, strong peaks are occurred in the frequencies corresponding to the rotational speed of driving axle and vehicle wheel. Hence, in order to obtain the dynamic characteristics through the small scale model car, the driving method of the vehicle on the test bench, rotational characteristics of the wheel and the natural modes of vehicle should be investigated and be modified.
Oh, Joo Hwan;Ahn, Young Kwan;Seung, Hong Min;Kim, Yoon Young
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.743-744
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2014
Hyperbolic metamaterials in which waves can only propagate through the radial direction have achieved much attention these days due to their capability of sub-wavelength resolution. In this work, the realization and optimization of hyperbolic elastic metamaterials are mainly studied. To obtain a new hyperbolic elastic metamaterial, a specially-engineered mass-spring system is introduced. Based on the mass-spring system, the hyperbolic elastic metamaterials are proposed and realized. In addition, the sub-wavelength resolution of the proposed hyperbolic elastic metamaterial is verified by ultrasonic elastic wave experiments. For the experiments, specially-designed magnetostrictive patch transducers are developed to realize two sub-wavelength elastic wave sources. Furthermore, the proposed hyperbolic elastic metamaterial is optimized to maximize its operating frequency ranges by the topology optimization method.
This research is aimed to design and analyze the performance of double dynamic vibration absorber (DVA) using a pendulum and a spring-mass type absorber for reducing vibration of two-DOF vibration system. The conventional fixed-points method and genetics algorithm (GA) optimization procedure are utilized in designing the optimal parameter of DVA. The frequency and damping ratio are optimized to determine the optimal absorber parameters. The simulation results show that GA optimization procedure is more effective in designing the double DVA in comparison to the fixed-points method. The experimental study is conducted to verify the numerical result.
Recently, the GPU computing method has been utilized to improve the performance of the physics simulation field. In particular, in the case of a deformed object simulation requiring a large amount of computation, a GPU-based parallel processing algorithm is required to guarantee real-time performance. We have studied the parallel structure design method to improve the performance of the mass spring simulation method which is one of the methods of implementing the deformation object simulation. We used OpenGL's GLSL, a graphics library that allows direct access to the GPU, and implemented the GPGPU environment using an independent pipeline, the compute shader. In order to verify the effectiveness of the parallel structure design method, the mass - spring system was implemented based on CPU and GPU. Experimental results show that the proposed method improves computation speed by about 6,000% compared to the CPU Environment. It is expected that the lightweight simulation technology can be effectively applied to the augmented reality and the virtual reality field by using the design method proposed later in this research.
Lee Hak Sung;Kang Choong-Min;Kang Byung-Wook;Lee Sang-Kwun
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.21
no.3
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pp.329-341
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2005
The purpose of this study is to study the $PM_{2.5}$ source characteristics affecting the Seoul area using a chemical mass balance (CMB) receptor model. This study was also to evaluate the $PM_{2.5}$ source profiles, which were directly measured and developed. Asian Dust Storm usually occurred in the spring, and very high $PM_{2.5}$ concentrations were observed in the fall among the sampling periods. So the ambient data collected in the spring and fall were evaluated. The CMB model results as well as the $PM_{2.5}$ source profiles were validated using the diagnostic categories, such as: source contribution estimate, t-statistic, R-square, Chi-square, and percent of total mass explained. In the spring months, the magnitude of $PM_{2.5}$ mass contributors was in the following order: Chinese aerosol $(31.7\%)>$ secondary aerosols ($22.3\%$: ammonium sulfate $13.4\%$ and ammonium nitrate $8.9\%)>$ vehicles ($16.1\%$: gasoline vehicle $1.4\%$ and diesel vehicles $14.7\%)>$biomass burning $(15.5\%)>$ geological material $(10.5\%)$. In the fall months, the general trend of the $PM_{2.5}$ mass contributors was the following: biomass burning $(31.1\%)>$ vehicles ($26.9\%$: gasoline vehicle $5.1\%$ and diesel vehicles $21.8\%)>$ secondary aerosols ($23.0\%$: ammonium sulfate $9.1\%$ and ammonium nitrate $13.9\%)>$ Chinese aerosol $(10.7\%)$. The results show that the $PM_{2.5}$ mass in the Seoul area was mainly affected by the Chinese area.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.32-40
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2018
In order to avoid excessive vibration, it is required to carry out a vibration analysis of heat-exchanger/nuclear-reactor at the design stage. Information of eigen-frequency in the vibration problem is required to evaluate safety of heat-exchange/nuclear reactor. This paper describes a numerical method, Galerkin's method, to solve the eigenvalue problem occurred in a cantilever beam. The beam is restrained with added mass and spring at the free end or a node point of a mode shape. The numerical results of eigen-frequency were compared with simple analytical and experimental results given by simple approach and simple test, respectively. It is found that Galerkin's method is applicable to estimate the eigen-frequency of the cantilever beam. The frequencies become lower with increasing the added mass and the frequencies increase with the spring force. It is shown the heavy added mass has a role of support on the flexible tube. The eigen-frequency of the first mode, for the system with the added mass mounted at the free end, can be calculated by the approximate analytical method existing with more or less accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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