본 연구에서는 대형 구조물의 최적설계에서 문제되는 많은 계산시간과 컴퓨터의 계산능력을 최소화할 수 있도록 부분구조합성법의 하나인 구속모드법을 이용한 연성하중해석 모델 및 모달과도해석을 포함한 최적화 절차를 제시하였다. 제안된 방법의 수치모사를 위한 프로그램을 개발하여 위성체 주요 구조부재인 플랫폼에 대한 최적화를 수행함으로써 그 타당성을 검증하였다. 제안된 기법을 통해 초기설계 단계에서 정확성을 유지하면서 계산시간을 단축할 수 있었고 위성체 구조부재에 대한 최적화를 수행하여 각각의 구조부재에 대한 특성을 파악함으로써 설계 활용방안을 제시하였다.
A modal filter is a tool used to extract the modal coordinates of each individual mode from a system's output. This is achieved by mapping the response vector from the physical space to the modal space. It decomposes the system's responses into modal coordinates, and thus, on the output of the filter, the frequency response with only one peak corresponding to the natural frequency to which the filter was tuned can be obtained. As was shown in the paper (Deraemecker and Preumont 2006), structural modification (e.g. a drop in stiffness or mass due to damage) causes the appearance of spurious peaks on the output of the modal filter. A modal filter is, therefore, a great indicator of damage detection, with such advantages as low computational effort due to data reduction, ease of automation and lack of sensitivity to environmental changes. This paper presents the application of modal filters for the detection of stiffness changes. Two experiments were conducted: the first one using the simulation data obtained from the numerical 7DOF model, and the second one on the experimental data from a laboratory stand in 4 states of damage.
Research on the forced vibration control of a flexible GFR composite beam using $\mu$-synthesis is performed on this paper. Modal analysis method and modal coordinates are introduced to obtain the state equations of the structural system. Using these equations, Robust control algorithm using $\mu$-synthesis is adopted to suppress the forced vibration of a flexible beam since the designed controller can considered plant uncertainty and external disturbance. Constant disturbance which is generated by shaking the flexible beam as I's natural frequency is effectively rejected by a PZT actuator. Simulations and experiments are carried out with the designed controller and effectiveness of forced vibration suppression strategy is verified by results.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제6권4호
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pp.21-25
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2005
In the dynamic analysis of a mechanism, if one or more of the components are flexible, then the simulation will not be accurate because of the violation of the rigid body assumption. Mode shapes are used to represent the dynamic behavior of an elastic structure. A modal synthesis method which uses a combination of normal modes, constraint modes, and attachment modes, was used to represent effectively the elastic deformation of a flexible multibody. Since the combination of these modes should be different for each type of connecting part, the modal synthesis method was studied for the various types of interconnecting joints. In addition, the analysis procedure for the flexible body was explained. A satellite system with flexible solar panels was chosen as an example to show the effectiveness of the proposed method.
본 연구에서는 임의 형태의 경계조건을 갖는 부분구조 모드를 이용하여 구조물의 고유치해석을 수행할 수 있는 새로운 혼합경계합성법을 제시한다. 각 부분 구조의 모드특성으로는 기존의 고정, 자유, 그리고 하중경계모드가 모두 사용될 수 있으며 고정 및 하중경계모드를 사용한 경우에는 두번의 연속적인 모드변환식이 사용 된다. 부분구조간의 연결부에서 정의되는 경계자유도만을 이용하여 고유치해석을 수행하며 고유치해석의 최종적인 특성방정식은 경계자유도의 갯수와 같은 연립방정식 에서 비롯되는 다항식이 된다. 제시한 방법은 유한요소법 뿐만 아니라 실험적 모드 해석을 통해 모형화된 부분구조를 쉽게 고려할 수 있는 장점이 있다. 제시한 방법을 간단한 집중질량계에 적용하여 부분구조모드의 특성과 수렴성 및 최적의 부분구조 모 드의 조합이 존재함을 보인다.
A new method for the seismic design of plane steel moment resisting frames is developed. This method determines the design base shear of a plane steel frame through modal synthesis and spectrum analysis utilizing different values of the strength reduction (behavior) factor for the modes considered instead of a single common value of that factor for all these modes as it is the case with current seismic codes. The values of these modal strength reduction factors are derived with the aid of a) design equations that provide equivalent linear modal damping ratios for steel moment resisting frames as functions of period, allowable interstorey drift and damage levels and b) the damping reduction factor that modifies elastic acceleration spectra for high levels of damping. Thus, a new performance-based design method is established. The direct dependence of the modal strength reduction factor on desired interstorey drift and damage levels permits the control of deformations without their determination and secures that deformations will not exceed these levels. By means of certain seismic design examples presented herein, it is demonstrated that the use of different values for the strength reduction factor per mode instead of a single common value for all modes, leads to more accurate results in a more rational way than the code-based ones.
The Component Mode Synthesis Method for the -vibration analysis can be applied to the large-scaled structures, which have difficulty in modeling because of their intricate shapes and boundary conditions and need much time in computational calculations. This paper uses the Component Mode Synthesis Method to analyze the free vibration for the steel box bridge having the large number of D.O.F as an example of the large structural system. By comparing the CMS method to the other method (FEM), this paper proves the accuracy of the solution in techniques and the efficiency in time.
In this paper, a new technique which models the joints characteristics through reduction of DOFs of structures with joints using component mode synthesis (CMS) method is proposed. Bolt joints are modeled by mass-spring systems. Also generalized mass and stiffness matrices for this models are introduced. Because bolt joints have influence on eigenvalues of structures, exact eigenvalues from modal test are used. The results show that the behaviors of structures with bolt joints depend to a large extent on the translational DOFs and not on rotational DOFs of mass and stiffness matrices of bolts. Furthermore it is confirmed that lumped mass-spring systems as models of bolt joints are effective models considering the facts that joint characteristics converged to constant values in some iterations and eignevalues from proposed method are in good agreement with ones from modal test.
An efficient method is presented for determining transient responses of locally nonlinear structures using substructure eigenproperties and Lagrange multiplier technique. The method is based upon the mode synthesis formulation procedure, but does not construct the equations of motion of the combined whole structure compared with the conventional methods. For modal bases of each linear substructure, either fixed or free interface modes can be employed. The transient analysis is based upon the recurrence discrete-time state equations and offers the simplicity of the Euler integration method without requiring small time increment and iterative solution procedure. Numerical examples reveal that the method is very accurate and efficient in calculating transient responses compared with the direct numerical integration method.
The component mode synthesis method allows the elastic deformation of each component in the flexible multibody system by a sum of modes and modal coordinates. This paper focuses on the selection of boundary conditions and deformation modes for redundantly constrained flexible components in mechanical system dynamics. The result of a flexible body dynamic analysis with only normal modes is used to identify proper boundary conditions of a static modes and a desired set of static modes which will be used in the final model. A simple four bar mechanism is used to explain the procedure and a space satellite with solar panels is analyzed using the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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