Ghandourah, Emad;Hussain, Muzamal;Thobiani, Faisal Al;Hefni, Mohammed;Alghamdi, Sami
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.1
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pp.77-83
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2022
In the last ten years, many researchers have studied the vibrations of carbon nanotubes using different beam theories. The nano- and micro-scale systems have wavy shape and there is a demand for a powerful tool to mathematically model waviness of those systems. In accordance with the above mentioned lack for the modeling of the waviness of the curved tiny structure, a novel approach is employed by implementing the Timoshenko-beam model. Owing to the small size of the micro beam, these structures are very appropriate for designing small instruments. The vibrations of double walled carbon nanotubes (DWCNTs) are developed using the Timoshenko-beam model in conjunction with the wave propagation approach under support conditions to calculate the fundamental frequencies of DWCNTs. The frequency influence is observed with different parameters. Vibrations of the double walled carbon nanotubes are investigated in order to find their vibrational modes with frequencies. The aspect ratios and half axial wave mode with small length are investigated. It is calculated that these frequencies and ratios are dependent upon the length scale and aspect ratio.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.11
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pp.132-142
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1996
This paper presents a technique to model and control a manipulator which has a flexible link and moves in a vertical plane. The flexible link is modeled as an Euler-Bernoulli Beam. Elastic deformation of the flexible link is represented using the assumed modes method. A comparison function which satisfies all geometric and natural boundary conditions of a cantilever beam with an end mass is used as an assumed mode shape. Lagrange's equation is utilized for the development of a discretized model. This paper presents a simple technique to improve the correctness of the developed model. The final model including the shortening effect due to elastic deformation correlates very well with experimental results. The free body motion simulation shows that two assumed modes for the representation of the elastic deformation is proper in terms of the model size and correctness. A control algorithm is developed using PID control technique. The proportional, integral and derivative control gains are determined based on dominant pole placement method with a rigid one-link manipulator. A position control simulation shows that the control algorithm can be used to control the position and residual oscillation of the flexible one-link manipulator effectively.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.6
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pp.65-74
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1994
Various substructure synthesis methods, such as component mode synthesis, building block analysis and reduced impedance method, are studied for the determination of vibration characteristics of plate problems. Comparisons are made for each methods in terms of accuracy and computational efficiency. Following conclusions are made from the results of computer simulations and experiments. i) The computation time of component mode synthesis is much shorter than that of whole structure analysis. The natural frequencies of lower modes obtained from component mode synthesis are almost same as those obtained from whole structure analysis, but in higher modes the differences between those two methods are increases. ii) The transfer function obtained from building block analysis is same as that obtained from the finite element method. iii) Same transfer functions can be obtained by the reduced impedance method. The computation time of reduced impedance mathod is shorter that that of general finite element method, but for the solutions in broad frequency band it requires long calculation time.
S. Abdul Ameer;Abbas Hameed Abdul Hussein;Mohammed H. Mahdi;Fahmy Gad Elsaid;V. Tahouneh
Steel and Composite Structures
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v.50
no.4
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pp.429-441
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2024
This paper studies the free vibration behavior of trapezoidal shaped coupled double-layered graphene sheets (DLGS) system using first-order shear deformation theory (FSDT) and incorporating nonlocal elasticity theory. Two nanoplates are assumed to be bonded by an interlayer van der walls force and surrounded by an external kelvin-voight viscoelastic medium. The governing equations together with related boundary condition are discretized using a mapping-differential quadrature method (DQM) in the spatial domain. Then the natural frequency of the system is obtained by solving the eigen value matrix equation. The validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature and then a parametric study is thoroughly performed, concentrating on the series effects of angles and aspect ratio of GS, viscoelastic medium, and nonlocal parameter. The model is used to study the vibration of DLGS for two typical deformation modes, the in-phase and out-of-phase vibrations, which are investigated. Numerical results indicate that due to Increasing the damping parameter of the viscoelastic medium has reduced the frequency of both modes and this medium has been able to overdamped the oscillations and by increasing stiffness parameters both in-phase and out-of-phase vibration frequencies increased.
This paper aims to investigate the impact of interfacial debonding on modal dynamic properties such as frequencies and vibration mode shapes. Furthermore, it seeks to identify the specific locations of debonding in rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns during the subsequent stage of the study. In this study, debonding is defined as a reduction in the elasticity modulus of concrete by a depth of 3 mm at the connection point with the steel tube. Debonding leads to a lack of correlation between primary and secondary shapes of vibration modes and causes a reduction in the natural frequency in all modes. However, directly comparing changes in vibration responses does not allow for the identification of debonding locations. In this study, a novel irregularity detection index (IDI) is proposed based on modal signal processing via the 2D wavelet transform. The suggested index effectively reveals relative irregularity peaks in the form of elevations at the debonding locations. As the severity of damage increases at a specific debonding location, the relative irregularity peaks would increase only at that specific point; in other words, the detection or non-detection of a debonding location using IDI has minimal effects on the identification of other debonding locations.
Kim, Jin-Dong;Shin, Bum-Joo;Jeon, Gye-Rok;Wang, Soo-Geun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.6
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pp.1229-1236
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2009
Puretone audiometer, which is a machine used for measuring the minimum hearing threshold, can be cost-effectively implemented using computer with sound card and software. In this paper, we describe a puretone audiometer which has been designed and implemented based on a general PC with sound card. It supports air conduction and bone conduction test taking with automatic masking. It also provides multiple modes consisted of self-test, auto-test and manual test mode. Such multiple modes makes it possible to use in various environments like as home and/or hospital. Through measure of waveform of output voltage and sound pressure, we verified that puretone audiometer of this paper properly operates.
This paper provides a variety of viewpoints to illustrate the mechanism of the deck-stay interaction with the appropriate initial shapes of cable-stayed bridges. Based on the smooth and convergent bridge shapes obtained by the initial shape analysis, the one-element cable system (OECS) and multi-element cable system (MECS) models of the Kao Ping Hsi Bridge in Taiwan are developed to verify the applicability of the analytical model and numerical formulation from the field observations in the authors' previous work. For this purpose, the modal analysis of the two finite element models are conducted to calculate the natural frequency and normalized mode shape of the individual modes of the bridge. The modal coupling assessment is also performed to obtain the generalized mass ratios among the structural components for each mode of the bridge. The findings indicate that the coupled modes are attributed to the frequency loci veering and mode localization when the "pure" deck-tower frequency and the "pure" stay cable frequency approach one another, implying that the mode shapes of such coupled modes are simply different from those of the deck-tower system or stay cables alone. The distribution of the generalized mass ratios between the deck-tower system and stay cables are useful indices for quantitatively assessing the degree of coupling for each mode. These results are demonstrated to fully understand the mechanism of the deck-stay interaction with the appropriate initial shapes of cable-stayed bridges.
The small turbocharger for the automotive application is designed to operate up to 200,000 rpm to increase system efficiency. Because of high rotation speed of turbocharger, floating ring bearing are widely adopted due to its low friction loss and high rotordynamic stability. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a semi-floating ring bearing. The rotordynamic model for the turbocharger rotor was constructed based on the finite element method and fluid film forces were calculated based on the infinitely short bearing assumption. In linear analysis, we considered fluid film force as stiffness and damping element and in nonlinear analysis, the fluid film force was calculated by solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed theoretical model by comparing to modal test results of test rotors. The analysis results show that there are two unstable modes, which are conical and cylindrical modes. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis, frequency jump phenomenon demonstrated when vibration mode is changed from conical mode to cylindrical one. This jump phenomenon was also demonstrated in the test. However, the natural frequency measured in the test differs from those obtained using nonlinear analysis.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.3
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pp.20-27
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2013
Simple Iteration Method for calculating the natural frequency is presented in this paper. This method is simple but exact method of calculating natural frequencies corresponding to the modes of vibration of beams and tower structures with irregular cross sections and arbitrary boundary conditions. This method consists of determining the deflected mode shape of the member due to the inertia force under resonance condition. Finite difference method is used for this purpose. The influence of the $D_{22}$ stiffness on the natural frequency is rigorously investigated. In this paper, the influence of the loading sizes, different cross section on the natural frequency of vibration of some structural elements is presented. This method extends to two dimensional problems including advanced composite material structures.
Dan, Maki;Ishizawa, Yuji;Tanaka, Sho;Nakahara, Shuchi;Wakayama, Shizuka;Kohiyama, Masayuki
Earthquakes and Structures
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v.8
no.4
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pp.889-913
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2015
Structural vibration characteristics of a semi-active base-isolated building were investigated using seismic observation records including those of the 2011 Great East Japan earthquake (Tohoku earthquake). Three different types of analyses were conducted. First, we investigated the long-term changes in the natural frequencies and damping factors by using an ARX model and confirmed that the natural frequency of the superstructure decreased slightly after the main shock of the Tohoku earthquake. Second, we investigated short-term changes in the natural frequencies and damping factors during the main shock by using the N4SID method and observed different transition characteristics between the first and second modes. In the second mode, in which the superstructure response is most significant, the natural frequency changed depending on the response amplitude. In addition, at the beginning of the ground motion, the identified first natural frequency was high possibly as a result of sliding friction. Third, we compared the natural frequencies and damping factors between the conditions of a properly functional semi-active control system and a nonfunctional system, by using the records of the aftershocks of the Tohoku earthquake. However, we could not detect major differences because the response was probably influenced by sliding friction, which had a more significant effect on damping characteristics than did the semi-active dampers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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