This study intends to explore dynamic interaction behaviors between actively controlled maglev vehicle and guideway girders by considering the nonlinear forms of electromagnetic force and current exactly. For this, governing equations for the maglev vehicle with ten degrees of freedom are derived by considering the nonlinear equation of electromagnetic force, surface irregularity, and the deflection of the guideway girder. Next, equations of motion of the guideway girder, based on the mode superposition method, are obtained by applying the UTM-01 control algorithm for electromagnetic suspension to make the maglev vehicle system stable. Finally, the numerical studies under various conditions are carried out to investigate the dynamic characteristics of the maglev system based on consideration of the linear and nonlinear electromagnetic forces. From numerical simulation, it is observed that the dynamic responses between nonlinear and linear analysis make little difference in the stable region. But unstable responses in nonlinear analysis under poor conditions can sometimes be obtained because the nominal air-gap is too small to control the maglev vehicle stably. However, it is demonstrated that this unstable phenomenon can be removed by making the nominal air-gap related to electromagnetic force larger. Consequently it is judged that the nonlinear analysis method considering the nonlinear equations of electromagnetic force and current can provide more realistic solutions than the linear analysis.
This paper demonstrates how nonlinear soil behavior in a soil-structure interaction system can be realistically incorporated by using a hybrid method in a nonlinear time-domain analysis. The hybrid method employs a general-purpose nonlinear finite element program coupled with a linear SSI program for the unbounded layered soil medium In order to verify the validity and applicability of the hybrid method, nonlinear earthquake response analyses are carried out for the Hualien free-field problem, in which the ground and underground accelerations were measured during several earthquake events, and for a 2-D subway station. It is found that the nonlinear earthquake responses predicted for the Hualien free-field using the hybrid method compare very well with the observed responses whereas the subway station example gives reasonable results.
Pendulums can be used as passive vibration control devices in several structures and machines. In the present work, the nonlinear behavior of a pendulum-tower system is studied. The tower is modeled as a bar with variable cross-section with concentrated masses. First, the vibration modes and frequencies of the tower are obtained analytically. The primary structure and absorber together constitute a coupled system which is discretized as a two degrees of freedom nonlinear system, using the normalized eigenfunctions and the Rayleigh-Ritz method. The analysis shows the influence of the geometric nonlinearity of the pendulum absorber on the response of the tower. A parametric analysis also shows that, with an appropriate choice of the absorber parameters, a pendulum can decrease the vibration amplitudes of the tower in the main resonance region. The results also show that the pendulum nonlinearity cannot be neglected in this type of problem, leading to multiplicity of solutions, dynamic jumps and instability. In order to improve the effectiveness of the control during the transient response, a hybrid control system is suggested. The added control force is implemented as a non-linear variable stiffness device based on position and velocity feedback. The obtained results show that this strategy of nonlinear control is attractive, has a good potential and can be used to minimize the response of slender structures under various types of excitation.
In this work, the iterative coupling of finite element and boundary element methods for the investigation of coupled fluid-fluid, solid-solid and fluid-solid wave propagation models is reviewed. In order to perform the coupling of the two numerical methods, a successive renewal of the variables on the common interface between the two sub-domains is performed through an iterative procedure until convergence is achieved. In the case of local nonlinearities within the finite element sub-domain, it is straightforward to perform the iterative coupling together with the iterations needed to solve the nonlinear system. In particular, a more efficient and stable performance of the coupling procedure is achieved by a special formulation that allows to use different time steps in each sub-domain. Optimized relaxation parameters are also considered in the analyses, in order to speed up and/or to ensure the convergence of the iterative process.
A three-mass vehicle model including one rigid mass and two unsprung masses is adopted to predict the vehicle-bridge interaction (VBI) and to establish the nonlinear coupled governing equations. To overcome the numerical instability and large computation problems concerning the vehicle-bridge system, the perturbation method is used to convert the nonlinear coupled governing equations into a set of linear uncoupled equations. Formulas for bridge's natural frequencies considering both the VBI and the dynamic responses of bridge and vehicle are proposed. Compared with the numerical results obtained by the Newmark-β method, the theoretical solutions for natural frequencies and dynamic responses are validated. The effects of the important factors of unsprung mass, vehicle damping, surface irregularity on the natural frequencies and dynamic responses of bridge and vehicle are discussed, based on the theoretical solutions.
It is widely recognized that the preferred yielding mechanism for a hybrid coupled wall structure is that all coupling beams over the height of the structure yield in shear prior to formation of plastic hinges in structural walls. The objective of the study is to provide feasible approaches that are able to promote the preferred seismic performance of hybrid coupled walls. A new design methodology is suggested for this purpose. The coupling ratio, which represents the contribution of coupling beams to the resistance of system overturning moment, is employed as a fundamental design parameter. A series of nonlinear time history analyses on various representative hybrid coupled walls are carried out to examine the adequacy of the design methodology. While the proposed design method is shown to be able to facilitate the desired yielding mechanism in hybrid coupled walls, it is also able to reduce the adverse effects caused by the current design guidelines on the structural design and performance. Furthermore, the analysis results reveal that the state-of-the-art coupled wall design guidelines could produce a coupled wall structure failing to adequately exhaust the energy dissipation capacity of coupling beams before walls yield.
The foundation of a tall building frame resting on settable soil mass undergoes differential settlements which alter the forces in the structural members significantly. For tall buildings it is essential to consider seismic forces in analysis. The building frame, foundation and soil mass are considered to act as single integral compatible structural unit. The stress-strain characteristics of the supporting soil play a vital role in the interaction analysis. The resulting differential settlements of the soil mass are responsible for the redistribution of forces in the superstructure. In the present work, the nonlinear interaction analysis of a two-bay ten-storey plane building frame- layered soil system under seismic loading has been carried out using the coupled finite-infinite elements. The frame has been considered to act in linear elastic manner while the soil mass to act as nonlinear elastic manner. The subsoil in reality exists in layered formation and consists of various soil layers having different properties. Each individual soil layer in reality can be considered to behave in nonlinear manner. The nonlinear layered system as a whole will undergo differential settlements. Thus, it becomes essential to study the structural behaviour of a structure resting on such nonlinear composite layered soil system. The nonlinear constitutive hyperbolic soil model available in the literature is adopted to model the nonlinear behaviour of the soil mass. The structural behaviour of the interaction system is investigated as the shear forces and bending moments in superstructure get significantly altered due to differential settlements of the soil mass.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제1권2호
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pp.24-34
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2000
In this paper we propose a controller design method, called Quasi-LQG/$H_{\infty}$/LTR for nonlinear servo systems with hard nonlinearities such as Coulomb friction, dead-zone. Introducing the RIDF method to model Coulomb friction and dead-zone, the statistically linearized system is built. Then, we consider $H_{\infty}$ performance constraint for the optimization of statistically linearized systems, by replacing a covariance Lyapunov equation into a modified Riccati equation of which solution leads to an upper bound of the LQG performance. As a result, the nonlinear correction term is included in coupled Riccati equation, which is generally very difficult to thave a numerical solution. To solve this problem, we use the modified loop shaping technique and show some analytic proofs on LTR condition. Finally, the Quasi-LQG/$H_{\infty}$/LTR controller for a nonlinear system is synthesized by inverse random input describing function techniques (ITIDF). It is shown that the proposed design method has a better performance robustness to the hard nonlinearity than LQG/$H_{\infty}$/LTR method via simulations and experiments for the timing-belt driving servo system that contains the Coulomb friction and dead-zone.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권3호
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pp.267-271
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2005
This paper deals with two kinds of novel shape switched reluctance motors (SRM) with magnetic barriers in order to improve operating performances of prototype. The magnetic barriers make rotor poles more saturated, and consequently inductance profiles are distorted. The changed inductance affects input current shape and eventually torque characteristics. In order to analyze the complicated flux pattern of the SRM with magnetic barriers and its terminal characteristics simultaneously, coupled field circuit modeling method is used. The finite element method is used to model the nonlinear magnetic field, and coupled to the circuit model of the SRM overall system. After experimental results are presented to prove the accuracy of the method, the several analysis results are compared, and the improved rotor shape is presented.
The purpose of this paper is to introduce and study a class of coupled systems of fuzzy delay differential equations involving fuzzy initial values and fuzzy source functions of triangular type. We assume that these initial values and source functions are triangular fuzzy functions and define solutions of the coupled systems as a triangular fuzzy function matrix consisting of real functional matrices. The method of triangular fuzzy function, fractional steps and fuzzy terms separation are used to solve the problems. Furthermore, we prove existence and uniqueness of solution for the considered systems, and then a solution algorithm is proposed. Finally, we present an example to illustrate our main results and give some work that can be done later.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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