Moghadam, Amir Ali Amiri;Kouzani, Abbas;Zamani, Reza;Magniez, Kevin;Kaynak, Akif
Smart Structures and Systems
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제15권6호
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pp.1601-1623
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2015
Electroactive polymers have attracted considerable attention in recent years due to their sensing and actuating properties which make them a material of choice for a wide range of applications including sensors, biomimetic robots, and biomedical micro devices. This paper presents an effective modeling strategy for nonlinear large deformation (small strains and moderate rotations) dynamic analysis of polymer actuators. Considering that the complicated electro-chemo-mechanical dynamics of these actuators is a drawback for their application in functional devices, establishing a mathematical model which can effectively predict the actuator's dynamic behavior can be of paramount importance. To effectively predict the actuator's dynamic behavior, a comprehensive mathematical model is proposed correlating the input voltage and the output bending displacement of polymer actuators. The proposed model, which is based on the rigid finite element (RFE) method, consists of two parts, namely electrical and mechanical models. The former is comprised of a ladder network of discrete resistive-capacitive components similar to the network used to model transmission lines, while the latter describes the actuator as a system of rigid links connected by spring-damping elements (sdes). Both electrical and mechanical components are validated through experimental results.
The technical committee of Soil Dynamics and Geotechnical Earthquake Engineering of Korean Geotechnical Socity has conducted Round Robin Test(RRT) on seismic ground response analyses in 2007. Total 14 participating teams were given exact same soil information of three sites and three input ground motions including two recorded ground motions and one synthetic ground motion. Each team selected its own analysis method and approaches to perform ground response analyses. There were equivalent linear, nonlinear total stress, and nonlinear effective stress approaches, which could be selected. The results from RRT were systematically analyzed and dispersion and variation due to analysis methods, input ground motions, shear velocity profiles, shear modulus reduction curves, damping curves, and other input data are reported by the companion papers.
When a circuit breaker is opened, a large capacitance around the buses, the circuit breaker and the potential transformer (PT) might cause PT ferroresonance. During PT ferroresonance, the iron core repeats saturation and unsaturation even though the supplied voltage is a rated voltage. This paper describes an analytical analysis of PT ferroresonance in the transient-state. To analyze ferroresonance analytically, the iron core is modelled by a simplified two-segment core model in this paper. Thus, a nonlinear ordinary differential equation (ODE) for the flux linkage is changed into a linear ODE with constant coefficients, which enables an analytical analysis. In this simplified model, each state, which is either saturated or unsaturated state, corresponds to one of the three modes, i.e. overdamping, critical damping and underdamping. The flux linkage and the voltage in each state are obtained analytically by solving the linear ODE with constant coefficients. The proposed transient analysis is effective in the more understanding of ferroresonance and thus can be used to design a ferroresonance prevention or suppression circuit of a PT.
Van der Pol 발진기는 비선형 제동 현상을 가진 비보존 발진기로서 높은 진폭에서의 에너지는 소산적이며 낮은 진폭들에서는 생성되는 구조를 가진다. 본 논문에서는 분수 차수를 가지는 Van der Pol 발진기 모델에서 주기적 외력을 인가하였을 경우 분수차수로 표현되는 미분 방정식에서 분수차수의 파라미터 변화에 따른 리미트 사이클이 변화 상태를 확인하고자 한다.
The objective of this paper is setting out, for a cable-stayed bridge with a curtain suspension, a method to determine the modes of vibration of the structure. The system of differential equations governing the vibrations of the bridge, derived by means of a variational formulation in a nonlinear field, is reported in Appendix C. The whole analysis results from the application of Hamilton's principle, using the expressions of potential and kinetic energies and of the virtual work made by viscous damping forces of the various parts of the bridge (Monaco and Fiore 2003). This paper focuses on the equation concerning the transversal motion of the girder of the cable-stayed bridge and in particular on its final form obtained, restrictedly to the linear case, neglecting some quantities affecting the solution in a non-remarkable way. In the hypotheses of normal mode of vibration and of steady-state, we propose the resolution of this equation by a particular method based on a numerical approach. Respecting the boundary conditions, we derive, for each mode of vibration, the corresponding frequency, both natural and damped, the shape-function of the girder axis and the exponential function governing the variability of motion amplitude in time. Finally the results so obtained are compared with those deriving from the dynamic analysis performed by a finite elements calculation program.
Wave run-up is an important phenomenon that should be considered in ocean structure design. In this study, the wave run-up of a surface-piercing circular cylinder was calculated in the time domain using the three-dimensional linear and fully nonlinear numerical wave tank (NWT) techniques. The NWT was based on the boundary element method and the mixed Eulerian and Lagrangian method. Stokes second-order waves were applied to evaluate the effect of the nonlinear waves on wave run-up, and an artificial damping zone was adopted to reduce the amount of reflected and re-reflected waves from the sidewall of the NWT. Parametric studies were conducted to determine the effect of wavelength, wave steepness, and the draft of the cylinder on the wave run-up of the cylinder. The maximum wave run-up value occurred at 0°, which was in front of the cylinder, and the minimum value occurred near the circumferential angle of 135°. As the diffraction parameter increased, the wave run-up increased up to 1.7 times the wave height. Furthermore, the wave run-up was 4% higher than the linear wave when the wave steepness was 1/35. In particular, the crest height of the wave run-up increased by 8%.
Linear proportional-integral (PI) controllers are an attractive choice for controlling the speed of induction machines because of their simplicity and ease of implementation. Fractional-order PI (FO-PI) controllers, however, perform better than PI controllers because of their nonlinear nature and the underlying iso-damping property of fractional-order operators. In this work, an FO-PI controller based on the proposed first-order plus dead-time induction motor model and integer-order (IO) controllers, such as Ziegler-Nichols PI, Cohen-Coon PI, and a PI controller tuned via trial-and-error method, is designed. Simulation and experimental investigation on an indirect field-oriented induction motor drive system proves that the proposed FO-PI controller has better speed tracking, lesser settling time, better disturbance rejection, and lower speed tracking error compared with linear IO-PI controllers. Our experimental study also validates that the FO-PI controller maximizes the torque per ampere output of the induction machine and can effectively control the motor at low speed, in field-weakening regions, and under detuned conditions.
This paper proposes a new type of MR(magnetorheological) fluid based suspension system and applies it to military vehicle for vibration control. The suspension system consists of gas spring and MR damper. The nonlinear behavior of spring characteristics is evaluated with respect to the wheel travel and damping force model due to viscosity and yield stress of MR fluid is derived. Subsequently, a military vehicle of 6WD is adopted for the integration of the MR suspension system and its nonlinear dynamic model is established by considering vertical, pitch and roll motion. Then, a sky-hook controller associated with semi-active actuating condition is designed to reduce the imposed vibration. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed MR suspension system, computer simulation is undertaken showing vibration control performance such as roll angle and pitch angle evaluated under bump and random road profiles.
두개의 케이블요소를 이용한 3차원 케이블망의 정적 비선형 유한요소해석기법을 제시한다. 먼저, 공간 트러스요소와 탄성현수선 케이블요소(elastic catenary cable element)의 접선강도행렬과 질량행렬을 유도하는 과정을 간략히 요약한다. 지점 변위를 일으키고 자중을 받는 케이블망의 초기평형 상태를 결정하기 위하여, Newton-Raphson 반복법에 근거한 하중증분법과 현수케이블요소를 적용하는 경우에 viscous damping을 고려한 dynamic relaxation법을 제시한다. 또한 초기의 정적평형상태를 기준으로 추가하중에 대한 케이블망의 정적 비선형해석을 수행한다. 지점변위와 외력을 받는 케이블 구조에 대하여 비선형해석을 수행하고, 해석결과들을 기존의 문헌의 결과와 비교, 검토하므로써 본 논문에서 제시한 이론 및 해석방법의 타당성을 입증한다.
본 연구에서는 광대역 불규칙가진력을 받는 자기매계변수계의 모드상호작용을 고찰하였다. 고찰대상 모델은 매우 흔한 추조물의 형태인 내부공진을 갖는 자기매계변수 동흡진기이다. Gaussian closure 방법에 의하여 계의 불규칙 응답을 나타내는 통적 모멘트방정식은 1차 및 2차 모멘트로 구성된 자율 상미분방적식으로 줄여진다. 계의 평형해와 평형해의 안정성측면에서 계의 응답이 조사되었다. 참고문헌 [18]과 [20]에서 보고된 발견한 감쇠가 안정성을 축소하기도 한다라는 이 효과는 본 연구에서 발견할 수 없었다. 또한 확정적 비선형계에 존재하는 포화현상은 발견되지 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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