In this paper, the purpose is to investigate the vibration characteristics and the design of resonance avoidance of the unmanned helicopter master. Based on the Euler-Bernoulli beam theory for helicopter master, the equation of motion is derived by using extended Hamilton's principle. It was studied about the natural frequency of helicopter master as the design variances(tip mass, length and diameter of master). Also, it was compared the theoretical results for natural frequency with the results of FE analysis. The results of this study showed the vibration characteristics of helicopter master for the design of resonance avoidance.
본 연구에서는 복합재료가 적용된 쿼드콥터의 진동 특성을 분석하고, 공진에 대해 회피 설계 및 해석을 수행하였다. 로터-암의 파이프가 복합재료로 구성된 상용 쿼드콥터의 플랫폼을 모사하고 상용 해석 프로그램을 이용하여 진동 특성 분석을 하였다. 실제 적층 배열을 해석에 적용하고, 참고 문헌과의 비교를 통해 신뢰성을 판단하였다. 그리고 모터의 가동범위 내에 특정 모드의 고유 진동수가 포함되는 것을 확인하였다. 기존 모델에서 적층 배열, 로터-암의 길이, 두께의 총 3가지의 변수를 선정해 공진 회피 설계를 수행하였다. 공진 회피 설계의 3가지 변수에서 각 해석의 결과를 비교한 후, 공진 회피 설계의 효율성 측면에서 방향을 제시하였다.
In this paper, the mechanism identification and the avoidance measures on the phenomena of transient acoustic vibration amplified at the water-supply piping system to regulate the steam temperature of the boiler reheater in 500MW class supercritical power plant are presented. The pressure pulsation waves induced by the impeller passing of two feed-water pumps with five blades are coincident with the local acoustic modes of boiler reheater water-supply piping system. There are the phenomena amplified at the peaks of 5X, 10X, 15X and 20X in spectrums of piping vibration, sound pressure, and the feed-water's pressure pulsation waves. The shut-off device is installed in the piping system for the interception of pressure pulsation waves transmitted from two feed-water pumps and the modified design change of the piping layout is applied for the acoustic resonance avoidance. The acoustic natural frequencies are separated from the harmonics of pressure pulsation waves induced by the pump impellers passing through the design change of the span length. The acoustic vibration is gone by resonance avoidance measures. As a result, more than 20 dBA reduction is achieved from 100 dBA to 80 dBA.
Ensuring both product quality and reducing material cost are important issue for the design of the piping system of an air conditioner outdoor unit. This paper describes a shape optimization that achieves mass reduction of an air conditioner piping system while satisfying two design constraints on resonance avoidance and the maximum stress in the pipes. In order to obtain optimized design results with various analysis fields considered simultaneously, an automated multidisciplinary analysis system was constructed using PIAnO v.2.4, a commercial process integration and design optimization(PIDO) tool. As the first step of the automated analysis system, a finite element model is automatically generated corresponding to the specified shape of the pipes using a morphing technique included in HyperMesh. Then, the performance indices representing various design requirements (e.g. natural frequency, maximum stress and pipe mass) are obtained from the finite element analyses using appropriate computer-aided engineering(CAE) tools. A sequential approximate optimization(SAO) method was employed to effectively obtain the optimum design. As a result, the pipe mass was reduced by 18 % compared with that of an initial design while all the constraints were satisfied.
For high performance rotating machinery, unstable vibrations may occur caused by hydrodynamic forces such as oil film forces, clearance excitation forces generated by the working fluid, and etc. In order to improve the availability one has to take into account the vibrations very accurately. When designing a rotating machinery, the stability behavior and the resonance response can be obtained by calculation of the complex eigenvalues. A suitable modifications of seal and/or bearing design may effectively improve the stability and the response of a rotor system. This paper deals with the optimum length and clearance of seals and bearings to minimize the resonance response(Q factor) and to maximize the logarithmic decrement in the operating speed under the constraints of design variables. Also, for an avoidance of resonance region from the operating speed, an optimization technique has been used to yield the critical speeds as far from the operating speed as possible. The optimization method is used by the genetic algorithm, which is a search algorithm based on the mechanics of natural selection and natural genetics. The results show that the optimum design of seals and bearings can significantly improve the resonance and the stability of the pump rotor system.
This paper discussed design for resonance avoidance of sensor plates of loose-parts monitoring systems (LPMS) in nuclear power plants (NPP). An LPMS monitors impact of loose parts in primary loop of NPP by using accelerometers, which is mounted on sensor plates. Resonance of the plates may cause false alarms at frequencies over 10 kHz, which can be misunderstood as impact signals of loose parts with small mass and cause unnecessary response of NPP operators. Modal analysis was carried out for the existing sensor plate and design parameters affecting natural frequencies were chosen. Frequency response functions of plates were analyzed by changing the parameters and the optimized plate design for avoiding resonance was determined. Experiments was carried out for the plate specimen with improved design and verified the proposed approach and design.
Transverse vibrations of ship's aft end and deckhouse among the various modes of hull structures are induced mainly by transverse exciting forces and moments of main engine such as ${\times}$ and h-moment. Avoidance of resonance should be made in a intial design stage in case there is a prediction for resonance between main engine and transverse modes of deckhouse. This study shows a case of change in type of main engine from 12 cylinders to 10 without modification of hull structures in engine room requested by a shipowner of 8,600 TEU class container carrier and proposes a guide to the effective ways of structural arrangement for avoiding resonance between transverse exciting force and surrounding structures of main engine in engine room through case studies.
Design aspects of a bearing casing system of a power plant are mainly focused on the strength and weight of itself to have a more stable system. Since the rotor speed often passes through the critical speed region when the operation begins, the relation between the rotating frequency of the rotor and natural frequency of the casing is very important for a prevention of resonance. However, harmonic components above the rotating frequency have often been overlooked the design for the resonance avoidance. In this paper, it is revealed that resonance vibration is generated when the natural frequency of a bearing casing is close to the one of harmonics of basic rotating frequency(1x), and as a consequence, sensing qualify of seismoprobes attached to the bearing casing structure can be seriously damaged. In order to reduce the resonance vibration, some stiffeners are added to the casing structures. Significant reduction in the magnitude of vibration corresponding to 2x harmonic of basic rotating frequency is observed from both FE analysis and experiment.
다양한 형태의 선체 진동 중, 선체 선미 및 거주구의 횡방향 진동은 대부분 주기관의 횡기진력으로부터 유발되는데, 주기관과 연결된 주변 구조물과의 공진이 발생 할 수 있으므로 공진회피 설계가 반드시 필요하다. 공진 회피를 위한 가진 주파수는 주기관 및 프로펠러 사양으로부터 추정 가능하나, 기관실 주변 구조물의 고유 진동수는 형상의 다양성 등에 의해 추정이 쉽지 않고 경험을 위주로 한 방진 설계가 수행되고 있는 현실이며, 이로 인해 시운전 중에 발생하는 진동 문제는 공정지연, 현장 인력의 과다 투입 및 설계의 반복 수행 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 본 연구에서는8,600TEU급 컨테이너선을 대상으로 유연한 설계를 위해 선체 구조배치의 변경 없이 주기관만 12기통에서 10기통으로 변경하는 경우에 대해 주기관 횡진동에 의한 공진 문제를 다루었다. 연구 결과로서, 주기관 횡기진력과 기관실 주변 구조와의 공진 회피를 위한 효율적인 구조보강 설계지침을 제시하였으며, 설계 현장의 실제적인 방진설계 지침으로 활용이 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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