The method to distinguish chaotic attractors in the perturbed response behaviors of a piecewise-linear system under combined regular and external randomness is provided and examined. In the noisy fields such as the ocean environment, excitation forces induced by wind, waves and currents contain a finite degree of randomness. Under external random perturbations, the system responses are disturbed, and consequently chaotic signatures in the response attractors are not distinguishable, but rather look just random-like. Mean Poincare map can be utilized to identify such chaotic responses veiled due to the random noise by averaging the noise effect out of the perturbed responses. In this study, the procedure to create mean Poincare map combined with the direct numerical simulations is provided and examined. It is found that mean Poincare maps can successfully distinguish chaotic attractors under stochastic excitations, and also can give the information of limit value of noise intensity with which the chaos signature in system responses vanishes.
Trentadue, Francesco;Quaranta, Giuseppe;Maruccio, Claudio;Marano, Giuseppe C.
Smart Structures and Systems
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v.24
no.3
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pp.333-343
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2019
The possibility of adopting vibration-powered wireless nodes has been largely investigated in the last years. Among the available technologies based on the piezoelectric effect, the most common ones consist of a vibrating beam covered by electroactive layers. Another energy harvesting strategy is based on the use of piezoelectric strips attached to a hosting structure subjected to dynamic loads. The hosting structure, for example, can be the system to be equipped with wireless nodes. Such strategy has received few attentions so far and no analytical studies have been presented yet. Hence, the original contribution of the present paper is concerned with the development of analytical solutions for the electrodynamic analysis and design of piezoelectric polymeric strips attached to relatively large linear elastic structural systems subjected to random vibrations at the base. Specifically, it is assumed that the dynamics of the hosting structure is dominated by the fundamental vibration mode only, and thus it is reduced to a linear elastic single-degree-of-freedom system. On the other hand, the random excitation at the base of the hosting structure is simulated by filtering a white Gaussian noise through a linear second-order filter. The electromechanical force exerted by the polymeric strip is negligible compared with other forces generated by the large hosting structure to which it is attached. By assuming a simplified electrical interface, useful new exact analytical expressions are derived to assess the generated electric power and the integrity of the harvester as well as to facilitate its optimum design.
Seismic random responses due to the wave passage effect are extensively investigated by using the pseudo excitation method (PEM). Two examples are used. The first is very simple but also very informative, while the second is a realistic suspension bridge. Numerical results show that the seismic responses vary significantly with wave speed, especially for low velocity or large span. Such variations are not monotonic, especially for flexible structures. The contributions of the dynamic and quasi-static components depend heavily on the seismic wave velocity and the natural frequencies of structures. For the lower natural frequency cases, the dynamic component has significant effects on the dynamic responses of the structure, whereas the quasi-static component dominates for higher natural frequencies unless the wave speed is also high. It is concluded that if insufficient data on local seismic wave velocity is available, it is advisable to select several possible velocity values in the seismic analysis and to choose the most conservative of the results thus obtained as the basis for design.
The magneto-rheological (MR) damper contributes to the new technology of structural vibration control. Its developments and applications have been paid significant attentions in earthquake engineering in recent years. Due to the shortages, however, inherent in deterministic control schemes where only several observed seismic accelerations are used as the trivial input and in classical stochastic optimal control theory with assumption of white noise process, the derived control policy cannot effectively accommodate the performance of randomly base-excited engineering structures. In this paper, the experimental and analytical studies on stochastic seismic response control of structures with specifically designed MR dampers are carried out. The random ground motion, as the base excitation posing upon the shaking table and the design load used for structural control system, is represented by the physically based stochastic ground motion model. Stochastic response analysis and reliability assessment of the tested structure are performed using the probability density evolution method and the theory of extreme value distribution. It is shown that the seismic response of the controlled structure with MR dampers gain a significant reduction compared with that of the uncontrolled structure, and the structural reliability is obviously strengthened as well.
Kim, Dae-Young;Kwak, Jae-Hyuck;Lee, Jun-Ho;Park, Kwang-Woo;Jeong, Kwang-Young;Cheon, Seong-Sik
Composites Research
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v.24
no.2
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pp.14-21
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2011
In this paper, a dynamic model is proposed for multi-axis optical structure of an aircraft. Modal analysis, sine-wave analysis, and random vibration analysis are done using a multi-body dynamic program for the multi-axis optical structure. By applying Al 6061-T6 and two types of CFRP to the camera module, x, y, and z responses are found and compared according to each axis excitation. The results will be used for reducing the weight of the camera module.
Kim, Jinhyeong;Park, Seoryong;Eun, Wonjong;Shin, Sangjoon;Lee, Soogab
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.551-564
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2016
High-speed flight vehicles (HSFVs) such as space launch vehicles and missiles undergo severe dynamic loads which are generated during the launch and in in-flight environments. A typical vehicle is composed of thin plate skin structures with high-performance electronic units sensitive to such vibratory loads. Such lightweight structures are then exposed to external dynamic loads which consist of random vibration, shock, and acoustic loads created under the operating environment. Three types of dynamic loads (acoustic loads, rocket motor self-induced excitation loads and aerodynamic fluctuating pressure loads) are considered as major components in this study. The estimation results are compared to the design specification (MIL-STD-810) to check the appropriateness. The objective of this paper is to study an estimation methodology which helps to establish design specification for the dynamic loads acting on both vehicle and electronic units at arbitrary locations inside the vehicle.
Koh, Hyun Moo;Kim, Jae Kwan;Park, Kwan Soon;Ha, Dong Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.463-472
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1994
A method of stochastic response analysis of base-isolated fluid-filled pool structures subject to random ground excitations is studied. Fluid-structure interaction effects between the flexible walls and contained fluid are taken into account in the form of added mass matrix derived by FEM modeling of the contained fluid motion. The stationary ground excitation is represented by Modified Clough-Penzien spectral model and the nonstationary one is obtained by imposing an envelope function on the stationary one. The stationary and nonstationary response statistics of the two different isolation systems are obtained by solving the governing Lyapunov covariance matrix differential equations.
This paper deals with the inverse reconstruction of sectional area in nonuniform ducts by using the acoustical measurement. There have been many theoretical and experimental studies on the duct area reconstruction. In this research, the method using the impulse response function and area reconstruction algorithm was employed because of its mathematical and experimental simplicity. Based on the study results on the drawback of conventional impulse excitation method, a new measurement method is proposed, that uses the random noise source and the discrete inverse Fourier transform. It is found that the reconstruction errors of the present method is smaller than the conventional method. A random error analysis is performed in order to investigate the causes of reconstruction error and to clarify the applicable data range for area reconstruction.
Based on the random vibration theory, a response spectrum method is developed for seismic response analysis of linear, multi-degree-of-freedom structures under multi-support excitations is developed. Various response quantities, including the mean and variance of the peak response, the response mean frequency, are obtained from proposed combination rules in terms of the mean response spectrum. This method makes it possible to apply the response spectrum to the seismic reliability analysis of structures subjected to multi-support excitations. Considering that the tedious numerical integration is required to compute the spectral parameters and correlation coefficients in above combination rules, this paper further offers simplified procedures for their computation, which enhance dramatically the computational efficiency of the suggested method. The proposed procedure is demonstrated for tow numerical examples: (1) two-span continuous beam; (2) two-tower cabled-stayed bridge by using Monte Carlo simulation (MC). For this purpose, this paper also presents an approach to simulation of ground motions, which can take into account both mean and variation properties of response spectrum. Computed results based on the response spectrum method are in good agreement with Monte Carlo simulation results. And compared with the MSRS method, a well-developed multi-support response spectrum method, the proposed method has an incomparable computational efficiency.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.26
no.3
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pp.252-261
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2023
Analysis of dynamic characteristics and flight vibration test for unmanned aerial vehicles was studied by using dummy test body. The FEM model for dummy test body was supplemented by results of modal and random vibration test. The free end boundary condition to simulate flight environments was made by test setup using bungee cable. Prior to the flight vibration test using a dual electric vibration exciters, the test procedure to calculate quantitative vibration level was studied by using military specification. The actual test was successfully done by using the analysis and pretest results. From the analysis results, it was possible to determine the feasibility of the test by predicting the excitation force of the flight vibration test and to get the response of any point which could not be measured by the test. The results of this study will much contribute to the Test and Evaluation of unmanned aerial vehicles.
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