An analytical method is presented for evaluation of the steady state periodic behavior of nonlinear structural systems. This method is based on the substructure synthesis formulation and a harmonic balance procedure, which is applied to the analysis of nonlinear responses. A complex nonlinear system is divided into substructures, of which equations are approximately transformed to modal coordinates including nonlinear term under the reasonable procedure. Then, the equations are synthesized into the overall system and the nonlinear solution for the system is obtained. Based on the harmonic balance method, the proposed procedure reduces the size of large degrees-of-freedom problem in the solving nonlinear equations. Feasibility and advantages of the proposed method are illustrated using the study of the nonlinear rotating machine system as a large mechanical structure system. Results obtained are reported to be an efficient approach with respect to nonlinear response prediction when compared with other conventional methods.
A great deal of effert has been invested in upgrading the performance and the efficiency of mechanical structures. Using experimental modal analysis(EMA) or finite element analysis(FEA) data of mechanical structures, this performance and efficiency can be effectively evaluated. In order to analyze complex structures such as automobiles and aircraft, for the sake of computing efficiency, the dynamic substructuring techniques that allow to predict the dynamic behavior of a structure based on that of the composing structures, are widely used. By llinking a modal model obtained from EMA and an analytical model obtained from FEA, the best conditioned structures can be desinged. In this paper, a new algorithm for structural dynamic modification-SRFSM (substructure response function sensitivity method) is proposed by linking frequency responce function synthesis and response function sensitivity. A mehtod to obtain response function sensitivity using direct derivative of mechanical impedance, is also used.
Robust control of a GFR composite beam with a distributed PVDF sensor and piezo-ceramic actuator is presented En this paper. Modal analysis method and modal coordinates are introduced to obtain the state educations of the structural system. 1st and 2nd natural frequencies are considered In the modeling, because robust control theory which is robustness to structured uncertainty is adopted to suppress the vibration. If the controllers designed by H$\^$$\infty$/ theory do not satisfy control performance, it is improved by ${\mu}$-synthesis method with D-K Iteration so that the ${\mu}$-controller based on the structured singular value satisfies the nominal performance and robust performance.
It is necessary to develop an efficient analysis method to identify the dynamic characteristics of a large mechanical structure and update its finite element model. That is because these processes need the huge computation of a large structure and iterative estimation due to the use of the first- order sensitivity. To efficiently carry out these processes, a new method, called the generalized free-interface mode sensitivity method, has been proposed in the authors' preceeding paper. This method is based on substructuring approach such as a free-interface method and a generalized synthesis algorithm. In this paper, the proposed method is applied to the model updating of a car body structure to verify its accuracy and reliability for a large mechanical structure.
부분구조 합성법(substructuring or substructure synthesis)은 부분구조(substructure)의 주파수 응답함수(FRFs, frequency response functions)를 이용하여 합성된 전체 구조물의 동특성(dynamic behavior)을 파악하는 기술로서 이에 관한 이론은 명확하며 간단하다. 즉, 역행렬 계산과 같은 기본적인 행렬연산으로 부분구조 합성을 수행한다. 그러나, 여러 가지 요인으로 인하여 계산된 합성 결과는 실제로 결합된 전체 구조물의 동특성과는 차이를 보인다. 현실적인 이유로 고려하지 못하는 회전자유도와 실험에서 수반되는 여러 가지 측정오차는 주요한 요인이며 이에 대한 연구 또한 많이 진행되었다. 본 연구에서는 이러한 요인 중, 상대적으로 덜 중요하게 평가된 모드자름 오차(modal truncation error)의 영향을 고려한다. 단순한 구조물에 대하여 모의실험을 수행함으로써, 모드자름 오차로 인하여 완전히 잘못된 합성 결과가 나을 수 있다는 것을 보인다. 측정된 FRE를 이용하여 이러한 오차를 보정(compensation)하는 소개하고 이를 대상 구조물에 적용하여 모드자름 오차의 영향을 상당히 줄일 수 있다는 것을 보인다. 복잡한(complicated) 구조물에 대하여 모드자름 오차의 영향을 줄이기 위해서 모든 FRFs를 보정하는 것은 어려우므로 현실적인 대안을 모색한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제16권3호
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pp.51-57
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1992
Authors had analyzed the Press machine's vibrational characteristics by Substructure Synthesis Method. This paper discribes the structural Dynamic Optimization for the machine using Sensitive Analysis Method. The substructure synthesis method and sensitive analysis methods are used for the vibration analysis and structural modification. The results obtained are as follows ; 1. The tooling precision of the press machine is ruled by the bending vibration of the slide. 2. The structural Modification Method for minimizing impact responses is proposed, and modal analysis and sensitive analysis method are introduced to solve it. 3. The impact responses of running machine were reduced to 40% of the unmodified machine by using the proposed method.
The frequency response function(FRF) of each substructure is used for the transfer function synthesis method(TFS). The dynamic characteristics of the full system are obtained by synthesizing FRFs of each substructure. The validation of TFS depends on accuracy for FRF of each substructure. Impact hammer testing Is widely used to obtain the modal characteristics of structures However. the FRF obtained from impact hammer testing contains bias errors, such as finite record length error and leakage error of which characteristic depends on data acquisition time which we call record length. In this paper, a method to remove hose errors is proposed so as to enhance results of TFS. Numerical and experimental examples show that the FRF of full structure can be predicted nearly exactly by the method proposed in this paper.
Structural Dynamic Modification(SDM) is a technique to improve structure's dynamic characteristics by adding and removing substructures or changing material properties and shape of structures. This paper describes SDM techniques applied to a large structure with too many DOFs. The goal of this SDM technique is to modify a targe structure efficiently for its natural frequencies to avoid excitation frequencies. In this case, models reduced by Component Mode Synthesis(CMS) method that is a coupling technique are used to analyze a large structure efficiently. This paper considers a helicopter deck model with 55,000 DOFs as an application.
The finite element analysis for rotor bearing systems has been an essential tool for design, identification, and diagnosis of rotating machinery. Among others, the unbalance response analysis is fundamental in the vibration analysis of rotor bearing systems because rotating unbalance is recognized as a common sourve of vibration in rotating machinery. However there still remains a problem in the aspect of computational efficiency for unbalance response analysis of large rotor bearing systems. Gyroscopic terms and local bearing parameters in rotor bearing systems often make matters worse in unbalance response computation due to the complicated dynamic properties such as rotational speed dependency and/or anisotropy. The present paper proposes an efficient method for unbalance responses of multi-span rotor bearing systems. An improved substructure synthesis scheme is introduced which makes it possible to compute unbalance responses of the system by coupling unbalance responses of substructures that are of self adjoint problem with small order matrices. The present paper also suggests a scheme to easily deal with gyroscopic tems and local, coupling or bearing parameters. The proposed method causes no errors even though the computational effort is reduced drastically. The present method is demonstrated through three test examples.
A structural coupling method is developed for the dynamic analysis of a nonlinear structure with concentrated nonlinear hinge joints or sliding lines. The component mode synthesis method is extended to couple substructures and the nonlinear models. In order to verify the improved coupling method, a numerical plate model consisting of two substructures and torsional springs, is synthesized by using the proposed method and its modal parameters are compare with analysis data. Then the coupling method is applied to a three-substructure-model with the nonlinearity of sliding lines between the substructures. The coupled structural model is verified from its dynamic analysis. The analysis results show that the improved coupling method is adequate for the structural nonlinear analyses with the nonlinear hinge and sliding mode condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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