The blower which is installed in a FCEV(fuel cell electric vehicle) may cause noise due to misalignment and unbalance of mechanical components that rotate at high speed. One of the key points in efforts to minimize the noise radiation from a blower is the knowledge of the main radiating component and the relation between the surface vibration of a blower and the sound pressure. In this research, the blower model is developed based on FEM(finite element method). FE(finite element) model is reliable by correlation of frequencies and MAC(modal assurance criterion) values between EMA(experimental modal analysis) and FEA(finite element analysis). This model is applied to predict the vibration of a blower by using inverse force identification method and predict the radiating noise by using BEM(boundary element method). Comparing the frequencies of resonance and those mode shapes between EMA and FEA, a structural modification of the FE model is evaluated for reducing the parameters of the blower noise.
This research focuses on finite element model updating and damage assessment of structures at element level based on global nondestructive test results. For this purpose, an optimization system is generated to minimize the structural dynamic parameters discrepancies between numerical and experimental models. Objective functions are selected based on the square of Euclidean norm error of vibration frequencies and modal assurance criterion of mode shapes. In order to update the finite element model and detect local damages within the structural members, modern optimization techniques is implemented according to the evolutionary algorithms to meet the global optimized solution. Using a simulated numerical example, application of genetic algorithm (GA), particle swarm (PSO) and artificial bee colony (ABC) algorithms are investigated in FE model updating and damage detection problems to consider their accuracy and convergence characteristics. Then, a hybrid multi stage optimization method is presented merging advantages of PSO and ABC methods in finding damage location and extent. The efficiency of the methods have been examined using two simulated numerical examples, a laboratory dynamic test and a high-rise building field ambient vibration test results. The implemented evolutionary updating methods show successful results in accuracy and speed considering the incomplete and noisy experimental measured data.
Tong, K.H.;Bakhary, Norhisham;Kueh, A.B.H.;Yassin, A.Y. Mohd
Smart Structures and Systems
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제13권3호
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pp.389-406
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2014
Optimal sensor placement techniques play a significant role in enhancing the quality of modal data during the vibration based health monitoring of civil structures, where many degrees of freedom are available despite a limited number of sensors. The literature has shown a shift in the trends for solving such problems, from expansion or elimination approach to the employment of heuristic algorithms. Although these heuristic algorithms are capable of providing a global optimal solution, their greatest drawback is the requirement of high computational effort. Because a highly efficient optimisation method is crucial for better accuracy and wider use, this paper presents an improved simulated annealing (SA) algorithm to solve the sensor placement problem. The algorithm is developed based on the sensor locations' coordinate system to allow for the searching in additional dimensions and to increase SA's random search performance while minimising the computation efforts. The proposed method is tested on a numerical slab model that consists of two hundred sensor location candidates using three types of objective functions; the determinant of the Fisher information matrix (FIM), modal assurance criterion (MAC), and mean square error (MSE) of mode shapes. Detailed study on the effects of the sensor numbers and cooling factors on the performance of the algorithm are also investigated. The results indicate that the proposed method outperforms conventional SA and Genetic Algorithm (GA) in the search for optimal sensor placement.
Optimal sensor placement (OSP) technique plays a key role in the structural health monitoring (SHM) of large-scale structures. According to the mathematical background and implicit assumptions made in the triaxial effective independence (EfI) method, this paper presents a novel multi-dimensional OSP method for the Canton Tower focusing on application demands. In contrast to existing methods, the presented method renders the corresponding target mode shape partitions as linearly independent as possible and, at the same time, maintains the stability of the modal matrix in the iteration process. The modal assurance criterion (MAC), determinant of the Fisher Information Matrix (FIM) and condition number of the FIM have been taken as the optimal criteria, respectively, to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed method. Numerical investigations suggest that the proposed method outperforms the original EfI method in all instances as expected, which is looked forward to be even more pronounced should it be used for other multi-dimensional optimization problems.
This paper presents a robust optimal design method for a periodic structure type of MEMS resonator that is vulnerable to mode localization. The robust configuration of such a MEMS resonator to fabrication error is implemented by changing the regularity of periodic structure. For the mathematical convenience, the MEMS resonator is first modeled as a multi pendulum system. The index representing the measure of mode variation is then introduced using the perturbation method and the concept of modal assurance criterion. Finally, the optimal intentional mistuning, minimizing the expectation of the irregularity measure for each substructure, is determined for the normal distributed fabrication error and its robustness in the design of MEMS resonator to the fabrication error is demonstrated with numerical examples.
This paper presents a robust optimal design method for a periodic structure type of MEMS resonator that is vulnerable to mode localization. The robust configuration of such a MEMS resonator to fabrication error is implemented by changing the regularity of periodic structure For the mathematical convenience, the MEMS resonator is first modeled as a multi-pendulum system. The index representing the measure of mode variation is then introduced using the perturbation method and the concept of modal assurance criterion. Finally, the optimal intentional mistuning, minimizing the expectation of the irregularity measure for each substructure, is determined for the normal distributed fabrication error and its robustness in the design of MEMS resonator to the fabrication error is demonstrated with numerical examples.
This paper discusses the techniques, procedures and the results of the ground vibration test(GVT) performed on the development aircraft and the simple procedure of FE model updating technique from the GVT results. The GVT was carried out using random excitation technique with MIMO(Multi-Input-Multi-Output) data acquistion method, and taking full advantage of poly-reference global parameter estimation technique to identify the vibration modes. In dynamic FE modeling, the aircraft was represented by beam elements and all dynamic analysis was performed using MSC/NASTRAN for this model. In updating procedure, the stiffness of the beam model was adjusted iteratively so as to get the natural frequencies and mode shapes close to the GVT results.
An optimal sensor placement (OSP) method based on structural subsection technique (SST) and model reduction technique was proposed for modal identification of truss structures, which was conducted using genetic algorithm (GA). The constraints of GA variables were determined by SST in advance. Subsequently, according to model reduction technique, the optimal group of master degrees of freedom and the optimal objective function value were obtained using GA in a case of the given number of sensors. Correspondingly, the optimal number of sensors was determined according to optimal objective function values in cases of the different number of sensors. The proposed method was applied on a scaled jacket offshore platform to get its optimal number of sensors and the corresponding optimal sensor layout. Then modal kinetic energy and modal assurance criterion were adopted to evaluate vibration energy and mode independence property. The experiment was also conducted to verify the effectiveness of the selected optimal sensor layout. The results showed that experimental modes agreed reasonably well with numerical results. Moreover the influence of the proposed method using different optimal algorithms and model reduction technique on optimal results was also compared. The results showed that the influence was very little.
This paper describes the acoustic analysis of mid duty truck. The focus of the analysis is on structure borne engine noise with major contributions of 2nd order. It has been previously recognized that the noise contribution of each transfer path of structure borne noise can be varied with the charateristics of each mounts and vibro acoustic sensitivity of car body. The structure of car body will be split up into three major sub components, which are modeled separately, the engine, the frame and the cab. The acoustic performance is evaluated on three levels: engine to frame transfer, frame to cab transfer, and panel contribution from cab to driver. In order to perform these analyses, analytical models are created for the engine, frame, cab and acoustic cavity. The models are linked through a coupled fluid structure calculation, and through FRF Based Substructuring for the structural couplings. Based on the structural coupling calculations, a transfer path analysis is performed to identify the most important transfer paths. These paths are then the focussing points for applying modifications to the structure or the mount system. Finally, a number of modification are proposed and their effect is quantified.
위상 최적화 문제는 다양한 밀도 분포를 가지는 설계영역에서 목적함수와 요소단위의 설계 민감도의 반복적인 계산을 요구한다. 최근 제안된 2단계 축소기법은 축소 시스템을 구축하는데 매우 효과적이며 고유치 문제와 동적 문제의 해석에 정확도와 효율성을 동시에 제공한다. 본 논문에서는 구조 위상 최적화 문제에서 해석 부분과 민감도 계산 부분에 2단계 동적 축소기법을 사용한다. 축소시스템에 대한 위상 최적화 결과는 축소되지 않은 전체 시스템에 대한 최적화 결과와 비교하여도 공학적으로 요구되는 정확도 범위 내에서 2단계 축소기법이 높은 정확도와 계산 효율을 보장하는 것을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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