The ambient vibration measurement is a kind of output data-only dynamic testing where the traffics and winds are used as agents responsible for natural or environmental excitation. Therefore an experimental modal analysis procedure for ambient vibration testing will need to base itself on output-only data. The modal analysis involving output-only measurements presents a challenge that requires the use of special modal identification technique, which can deal with very small magnitude of ambient vibration contaminated by noise. Two complementary modal analysis methods are implemented. They are rather simple peak picking (PP) method in frequency domain and more advanced stochastic subspace identification (SSI) method in time domain. This paper presents the application of ambient vibration testing and experimental modal analysis on large civil engineering structures. A 15 storey reinforced concrete shear core building and a concrete filled steel tubular arch bridge have been chosen as two case studies. The results have shown that both techniques can identify the frequencies effectively. The stochastic subspace identification technique can detect frequencies that may possibly be missed by the peak picking method and gives a more reasonable mode shapes in most cases.
Vibration characteristics of the FIV test loop for the Flow-Induced Vibration(FIV) study of a PWR partial(5x5) fuel assembly are investigated by the Finite Element(FE) analysis and the modal test. For the FE analysis, 3-D beam element is used for the pipes and the test section and mass element used for the valves and flanges. The 'U' restrainer stiffness determined by numerical simulation is used for the FE model. The result of the FE analysis is compared with that of the modal test. The higher mode similarity between the test and analysis is observed in a few low modes. After that, the mode similarity reduce as the mode goes high. It is concluded that the first to the third vibration modes are observed at the lower parts of the 6 inches restoring line, followed by a local mode at the test section, and the natural frequencies of the modes are 22.4 Hz, 26.0 Hz, 27.5 Hz and 31.4 Hz.
This study derives the differential equations of free vertical bending and torsional vibrations for two- and three-pylon suspension bridges using d'Alembert's principle. The respective algorithms for natural vibration frequency and vibration mode are established through the separation of variables. In the case of the three-pylon suspension bridge, the effect of the along-bridge bending vibration of the middle pylon on the vertical bending vibration of the entire bridge is considered. The impact of torsional vibration of the middle pylon about the vertical axis on the torsional vibration of the entire bridge is also analyzed in detail. The feasibility of the proposed method is verified by two engineering examples. A comparative analysis of the results obtained via the proposed and more intricate finite element methods confirmed the former feasibility. Finally, the middle pylon stiffness effect on the vibration frequency of the three-pylon suspension bridge is discussed. It is found that the vibration frequencies of the first- and third-order vertical bending and torsional modes both increase with the middle pylon stiffness. However, the increase amplitudes of third-order bending and torsional modes are relatively small with the middle pylon stiffness increase. Moreover, the second-order bending and torsional frequencies do not change with the middle pylon stiffness.
Finite element models and numerical results are presented for bending and natural vibration using the unified third-order plate theory developed in Part 1 of this paper. The unified third-order theory contains the classical, first-order, and other third-order plate theories as special cases. Analytical solutions are developed using the Navier and L$\acute{e}$vy solution procedures (see Part 1 of the paper). Displacement finite element models of the unified third-order theory are developed herein. The finite element models are based on $C^0$ interpolation of the inplane displacements and rotation functions and $C^1$ interpolation of the transverse deflection. Numerical results of bending and natural vibration are presented to evaluate the accuracy of various plate theories.
In this study, the effects of crack depth and crack location on the in-plane free vibration of cracked frame structures have been investigated numerically by using the Finite Element Method. For the rectangular cross-section beam, a crack element is developed by using the principles of fracture mechanics. The effects of crack depth and location on the natural frequency of multi-bay and multi-store frame structures are presented in 3D graphs. The comparison between the present work and the results obtained from ANSYS shows a very good agreement.
A study on the free vibration and linear buckling analyses of thick plates is described in this article. In order to determine the natural frequencies and buckling loads of plates, a plate element is developed by using isogeometric approach. The Non-uniform B-spline surface (NURBS) is used to represent both plate geometry and the unknown displacement field of plate. All terms required in isogeometric formulation are consistently derived by NURBS definition. The capability of the present plate element is demonstrated by using several numerical examples. From numerical results, it is found to be that the present isogeometric element can predict accurate natural frequencies and buckling loads of plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1666-1673
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1997
In order to investigate the characteristics of sound-structure interaction plate having a cut-out, we modeled a rectangular cavity and the flexible plate of the cavity. Because the particle velocity of air is the same as that of plate on the plate, we could easily redefine vibration equation using the velocity potential. We calculated the natural frequencies of plate using orthogonal polynomial functions which satisfy the boundary conditions in the Rayleigh-Ritz method. For the change of vibration characteristics, the effect of sound-structure interaction is more dominant than that of cut-out size.
Free vibration analyses of circular cylindrical shells attached with plate structures for the symmetric boundary condition such as simply-simply supported shells by receptance method are found in literatures. However analyses of those shells with unsymmetric boundary condition as clamped free boundary are hardly found. Here frequency equation of the clamped free circular cylindrical shell with end plate is derived using receptance method and natural frequencies of the combined system were calculated. The frequencies and mode shapes obtained from present method are compared with those of ANSYS to show the validity of the method. Natural frequencies and mode component ratios of clamped-free cylindrical shell are obtained by employing Rayleigh-Ritz method on energy equations, and they are used in receptance calculation. Results show good agreement with those of ANSYS analyses.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1933-1938
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2000
The partial differential equations for a coil spring derived from Timoshenko beam theory and Frenet formulae. Dynamic stiffness matrix of a coil spring composed of a circular wire is assembled by using dispersion relationship, waves and natural frequencies. Natural frequencies are obtained from maxima in the determinant of inverse of a dynamic stiffness matrix with appropriate boundary conditions. The results of the dynamic stiffness method are compared with those of transfer matrix method, finite element method and test.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.9
s.90
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pp.792-800
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2004
This research investigates the non-repeatable runout (NRRO) of a HDD spindle system at elevated temperature by analyzing the characteristics of a ball bearing and the natural vibration characteristics of a HDD spindle system due to the effect of elevated temperature. It shows that the elevated temperature results in the increase of the contact angle and the decrease of the deformation of the ball bearing in a HDD spindle system. The variation of bearing frequencies, which are dependent on the cosine function of contact angle, is almost negligible at elevated temperature. However, the decrease of bearing deformation at elevated temperature reduces the stiffness of the ball bearing and the natural frequencies of a HDD spindle system consequently. The latter has a significant effect on the amplitude and the frequency distribution of NRRO at elevated temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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