Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.5
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pp.424-431
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2004
An implicit direct-time integration method for obtaining transient responses of general dynamic systems is described. The conventional Newmark method cannot be directly applied to state-space first-order differential equations, which contain no explicit acceleration terms. The method proposed here is the state-space Newmark method that incorporates the average velocity concept, and can be applied to an analysis of general dynamic systems that are expressed by state-space first-order differential equations. It is also readily coded into a program. Stability and accuracy analyses indicate that the method is numerically unconditionally stable like the conventional Newmark method, and has a period error of 2nd-order accuracy for small damping and 4th-order for large damping and an amplitude error of 2nd-order, regardless of damping. In addition, its utility and validity are confirmed by two application examples. The results suggest that the proposed state-space Newmark method based on average velocity be generally applied to the analysis of transient responses of general dynamic systems with a high degree of reliability with respect to stability and accuracy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.465-470
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2003
In this study, the state-space Newmark method based on average velocity is presented to analyse the transient dynamic response for general dynamic system. The conventional Newmark method based on average acceleration cannot he directly to the first-order state-space differential equations introducing the state-space vector. To overcome this problem, the time-step integration algorithm, based on average velocity concept, suitable for the first-order state-space differential equations is proposed In results, the proposed method has %he numerical stability and order of accuracy, which is proved analytically, equal to those of the conventional Newmark method based on average acceleration. Also, the formulation for numerical solution is very simple and the calculation time Is nearly equal to that of the conventional Newmark method based on average acceleration in spite of an increase of two times over matrix size. This method will be look forward to applying the general dynamic system to calculate the transient dynamic response.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.242-247
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2004
In this study was proposed a transient response analysis technique of a rotor system, applying the generalized FE modeling method of a rotor-bearing system considering a base-transferred shock force and together the state-space Newmark method of direct time integration scheme based on the average velocity concept. Experiments were performed to a test rig of a mock-up rotor-bearing system with series of half-sine shock waves imposed by an electromagnetic shaker, and quantitative error analyses between analytical and experimental results were carried out. The transient reponses of the rotor were sensitive to duration times and shape-qualities of the shock waves, and overally the analytical results agreed quite well with the experimental ones. Particularly, in cases that the frequencies, $1/(2{\times}duration\;time)$, of the shock waves were close to the critical speed of the rotor-bearing system, resonances occurred and the transient responses of the rotor were amplified.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.669-674
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2004
In this study, the analytical method to evaluate the response of rotor-bearing system subjected to base excitation was presented. The equations of motion contain speed dependent gyroscopic terms, base rotation dependent parametric terms and several forcing function terms which depend on linear accelerations, rotational accelerations and a combination of linear and rotational combination. The study of rotor-bearing system excited by its base motion is not only able to predict the rotational performance, but provides the fundamental data for vibration isolation. In order to illustrate transient response, transient response analysis of a practical application sample were performed. The transient response was carried out for the given base excitation by using the state-space Newmark method that incorporates the average velocity concept.
A new method for both local damage(s) identification and input excitation force identification of beam structures is presented using the dynamic response sensitivity-based finite element model updating method. The state-space approach is used to calculate both the structural dynamic responses and the responses sensitivities with respect to structural physical parameters such as elemental flexural rigidity and with respect to the force parameters as well. The sensitivities of displacement and acceleration responses with respect to structural physical parameters are calculated in time domain and compared to those by using Newmark method in the forward analysis. In the inverse analysis, both the input excitation force and the local damage are identified from only several acceleration measurements. Local damages and the input excitation force are identified in a gradient-based model updating method based on dynamic response sensitivity. Both computation simulations and the laboratory work illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.387-392
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2007
Turbomachinery such as turbines, pumps and compressors, which are installed in transportation systems such as warships, submarines and space vehicles, etc., often perform crucial missions and are exposed to potential dangerous impact environments such as base-transferred shock forces. To protect turbomachinery from excessive shock forces, it may be needed to accurately analyze transient responses of rotors, considering the dynamics of mount designs to be applied with. In this study a generalized FE transient response analysis model, introducing relative displacements, is firstly proposed to accurately predict transient responses of a flexible rotor-bearing system with mount systems to base-transferred shock forces. In the transient analyses the state-space Newmark method of a direct time integration scheme is utilized, which is based on the average velocity concept. Results show that for the identical mount systems considered, the proposed FE-based detailed flexible rotor model yields more reduced transient vibration responses to the same shocks than a conventional simple model or a Jeffcott rotor. Hence, in order to design a rotor-bearing system with a more compact light-weighted mount system, preparing against any potential excessive shock, the proposed FE transient response analysis model herein is recommended.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1208-1216
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2007
Turbomachinery such as turbines, pumps and compressors, which are installed in transportation systems, including aircrafts, ships, and space vehicles, etc., often perform crucial missions and are exposed to potential dangerous impact environments such as base-transferred shock forces. To protect turbomachinery from excessive shock forces, it may be needed to accurately analyze transient responses of their rotors, considering the dynamics of mount designs to be applied. In this study a generalized FE transient response analysis model, introducing relative displacements, is proposed to accurately predict transient responses of a flexible rotor-bearing system with mount systems to base-transferred shock forces. In the transient analyses the state-space Newmark method of a direct time integration scheme is utilized, which is based on the average velocity concept. Results show that for the identical mount systems considered, the proposed FE-based detailed flexible rotor model yields more reduced transient vibration responses to the same shocks than a conventional simple model, obtained by treating a rotor as concentrated lumped mass, equivalent spring and a damper or Jeffcott rotor model. Hence, in order to design a rotor-bearing system with a more compact light-weighted mount system, preparing against any potential excessive shock, the proposed FE transient response analysis model herein is recommended.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.9
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pp.45-52
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2006
In this study, a nonlinear control by feedback linearization method, one of nonlinear control schemes based on the nonlinear model, is proposed to suppress the flutter of a supersonic composite panel using piezoelectric materials. Most of the previous panel flutter controllers are the LQR(Linear Quadratic Regulator) which is based on the linear model. A nonlinear feedback linearizing controller proposed in this study considers the nonlinear characteristics of the system model. We use the actuator implemented by piezoceramic PZT. Using the principle of virtual displacements and a finite element discretization with the conforming four-node rectangular element, we first derive the discretized dynamic equations of motion, which are transformed into a nonlinear coupled-modal equations of motion of state space form. The effectiveness of the proposed method is also compared with the LQR based on the linear model through numerical simulations in the time domain using the Newmark method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.657-662
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2004
This paper presented is a case study of a real compressor rotor of a refinery plant for high speed balancing of flexible rotor. The rotor was tested in the expert high-speed balancing facility established by KIMM at early 2004. The capability of the facility can reach 40000rpm in rotation speed and 8 ton in rotor weight for high-speed balancing. The facility performs multi-plane at-speed balancing using influence coefficient from the vibration data measured at two pedestals. The test rotor had exceeded permissible criteria of vibration at initial run. But by processing a low-speed balancing at 1000 rpm and six trial run trying to calculate influence coefficient of rotor to the range of operating speed, the final result of high-speed balancing revealed a remarkable reduce of vibration at pedestal of the rotor.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.6
s.40
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pp.73-80
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2004
A nonlinear time-domain system identification algorithm using measured acceleration data is developed for structural damage assessment. To take account of nonlinear behavior of structural systems, an output error between measured and computed acceleration increments has been defined and a constrained nonlinear optimization problem is solved for optimal structural parameters. The algorithm estimates time-varying properties of stiffness and damping parameters. Nonlinear response of restoring force of a structural system is recovered by using the estimated time-varying structural properties and computed displacement by Newmark-$\beta$ method. In the recovery, no pre-defined model for inelastic behavior has been assumed. In developing the algorithm, noise and incomplete measurement in space and state have been considered. To examine the developed algorithm, numerical simulation and laboratory experimental studies on a three-story shear building have been carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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