Due to the complexity of mathematical expressions, the literature concerning the free vibration analysis of plates carrying multiple three-degree-of-freedom (dof) spring-mass systems is rare. In this paper, the three degrees of freedom (dof's) for a spring-mass system refer to the translational motion of its lumped mass in the vertical ($\bar{z}$) direction and the two pitching motions of its lumped mass about the two horizontal ($\bar{x}$ and $\bar{y}$) axes. The basic concept of this paper is to replace each three-dof spring-mass system by a set of equivalent springs, so that the free vibration characteristics of a rectangular plate carrying any number of three-dof spring-mass systems can be obtained from those of the same plate supported by the same number of sets of equivalent springs. Since the three dof's of the lumped mass for each three-dof spring-mass system are eliminated to yield a set of equivalent springs, the total dof of the entire vibrating system is not affected by the total number of the spring-mass systems attached to the rectangular plate. However, this is not true in the conventional finite element method (FEM), where the total dof of the entire vibrating system increases three if one more three-dof spring-mass system is attached to the rectangular plate. Hence, the computer storage memory required by using the presented equivalent spring method (ESM) is less than that required by the conventional FEM, and the more the total number of the three-dof spring-mass systems attached to the plate, the more the advantage of the ESM. In addition, since manufacturing a spring with the specified stiffness is much easier than making a three-dof spring-mass system with the specified spring constants and mass magnitude, the presented theory of replacing a three-dof spring-mass system by a set of equivalent springs will be also significant from this viewpoint.
Kim, Chan-Jung;Bae, Chul-Yong;Lee, Dong-Won;Kwon, Seong-Jin;Lee, Bong-Hyun;Na, Byung-Chul
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.297-302
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2007
Vibrating test of vehicle component can be possible in lab-based simulators instead of field testing owing to the development of technology in control algorithm as well as computational process. Currently, Multi-Axial Simulation Table(MAST) is recommended as a vibrating equipment, which excites a target component for 3-directional translation and rotation motion simultaneously and hence, vibrational condition can be fully approximated to that of real road test. But, the vibration-free performance of target component is not guaranteed with MAST system, which is only simulator subjective to the operator. Rather, the reliability of multi-axial vibration test is dependent on the quality of input profile which should cover the required severity of vibrating condition on target component. In this paper, multi-axial vibration testing methodology of vehicle component is presented here, from data acquisition of vehicle accelerations to the obtaining the input profile of MAST using severe data at proving ground. To compare the severity of vibration condition, between real road test and proving ground one, energy principle of equivalent damage is proposed to calculate energy matrices of acceleration data and then, it is determined the optimal combination of special events on proving ground which is equivalent to real road test at the aspects of vibration fatigue using sequential searching optimal algorithm. To explain the vibration methodology clearly, seat and door component of vehicle are selected as a example.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.450-453
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2006
Coupling adjacent building with supplemental damping devices is a developing method of reduced structural response due to wind and seismic excitations. The philosophy is to allow structures, vibrating at different frequencies, to exert control forces upon one another to reduce the overall responses of the system. This paper studies the effect of installing vibration control devices of two high rise building structures(49 stories and 42 stories) connected by sky-bridge. According to the analysis results the use of sky-bridge can be effective in increasing damping ratio of the system.
In this study for the prosthesis of the spatial and directional sensation for the blind, an ultrasonic scale system and an electronic compass system were developed. The ultrasonic scale utilizes 40 ㎑ sound for the detection of distance to the barrier and the spatial information is transferred to the blind by various sound interval, which is proportional to the distance. The electronic compass utilizes a magnetoresistor bridge for the detection of the magnetic field strength of earth in horizontal plane. The information for the direction of the earth's north is transferred by tactile stimuli by a vibrating motor band around upper head. Detection distance of the ultrasonic scale is ranged from 0.065 to 3.26 meters, and the detection angle resolution of the electronic compass is about 22.5 degrees. The integrated system of the ultrasonic scale and the electronic compass was developed. Distance information is converted to the location of the tactile stimulation along the clockwise direction by a vibrating motor according to the distance installed around upper head of the blind. The intent of this article is to provide an practical prosthetic tool of spatial and directional sensation for the blind. Daily practice of this system will improve the usefulness of this system.
An automated scanning laser Doppler vibrometer (LDV) has been designed, and built to measure in-plane vibration fields over structures. Use of optical fibers allows the compact design of a laser probe head which can be scanned over the vibrating structures. An algorithm for automated self-alignment of the laser probe is developed. The system is completely automated for scanning over the structures, focusing two laser beams at each data point until the detected vibration signal is stable, and for recording and transferring the data to a system computer. The automated system allows one to get extensive data of the vibration field over the structures. The system is tested by scanning a piezoelectric cylindrical shell and a plate excited by a continuous signal and by a pulse signal, respectively. Results show that the automated scanning LDV system can be a useful tool to measure the in-plane vibration field and to detect the elastic waves propagating on the vibrating structures.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.7
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pp.713-721
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2005
A marine diesel engine should realize optimal operation efficiency while reducing NOx, PM (Particulate Matters) and other emissions. Fuel injection systems that use electronic control can become an effective means of achieving that objective. However. it still needs some accurate and instant information in order to bring its ability into full potential while sailing on the sea. The important information of them are a shaft torque and continuous combustion pressures of all cylinders. The shaft torque and the propeller thrust described in this paper are measured at an intermediate shaft by using a unique principle that one of two electromagnet coils oscillates a vibrating strip which the length changes with force and the other coil picks up the change of the frequency of the vibrating strip. For further reference, the shaft power meter multiplied the torque by the shaft revolution has already had about 750 sets of sales performance. The research presented in this paper started about ten years ago and is concerned with the development of a combustion pressure sensor that uses the same principle. Recently, the pressure sensor which bears continuous operation has been developed after a hard struggle, that is, the system that consists of a shaft horsepower meter, a propeller thrust meter and a combustion pressure sensor has been completed and has been shown to be reliable. This paper describes the configuration of this system, the material of the combustion pressure sensor, the principle of that, and the improving point of the sensor, and, we finally consider the use of this system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.8
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pp.735-741
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2015
Piezoelectric materials are well-utilized for transforming mechanical vibrations into electrical energy that can be stored and used to power a diversity of devices. In this work, these materials have been studied to improve the efficiency of a piezoelectric system, whereby the shape and vibration mode of a piezoelectric module was changed. The basic shape of the piezoelectric module used in this work comprises a width of 10 mm, a length of 30 mm, and a thickness of 0.2 mm. The structural design of the piezoelectric module is optimized using a Taguchi method to increase the corresponding electrical-energy generation. The maximum terminal voltage was defined as a characteristic value to evaluate the optimal design parameters. Through this work, we propose an optimal structure with an eccentric and centric mass; furthermore, the voltage increase of approximately 26% was obtained by comparing a general plate-vibrating piezosystem with an optimal plate-vibrating piezosystem.
An adaptronic strut for machine tools with parallel kinematics for compensation of the influence of geometric errors is introduced. Implemented within the strut is a piezoelectric sensor-actuator unit separated in function. In the first part of this contribution, the functional principle of the strut is presented. For use of one piezoelectric transducer as both, sensor and actuator as so-called self-sensing actuator, the acquisition of the sensing signal while actuating simultaneously using electrical bridge circuits as well as filter properties are examined. In the second part the control concept developed for the adaptronic strut is presented. A co-simulation model of the strut for simulating the controlled multi-body behavior of the strut is set-up. The control design for the strut as a stand-alone system is tested under various external loads. Finally, the strut is implemented into a model of the complete machine tool and the influence of the controlled strut onto the behavior of the machine tool is examined.
Many vibrating mechanical systems from the real life are modeled as combined dynamical systems consisting of beams to which spring-mass secondary systems are attached. In most of the publications on this topic, masses of the helical springs are neglected. In a paper (Cha et al. 2008) published recently, the eigencharacteristics of an arbitrary supported Bernoulli-Euler beam with multiple in-span helical spring-mass systems were determined via the solution of the established eigenvalue problem, where the springs were modeled as axially vibrating rods. In the present article, the authors used the assumed modes method in the usual sense and obtained the equations of motion from Lagrange Equations and arrived at a generalized eigenvalue problem after applying a Galerkin procedure. The aim of the present paper is simply to show that one can arrive at the corresponding generalized eigenvalue problem by following a quite different way, namely, by using the so-called "characteristic force" method. Further, parametric investigations are carried out for two representative types of supporting conditions of the bending beam.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.143-150
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2021
To develop the technique for predicting the horizontal displacement of a retaining wall induced by an earthquake, an equation of motion that depicts the retaining wall-soil vibrating system was derived. The resulting differential equation was solved using the Runge-Kutta-Nystr?m method. Considering the pre-mentioned derivation process, the analysis procedures for obtaining horizontal displacement induced by an earthquake were programmed. The core algorithm of the displacement-force relationship, which is the main engine of the developed program, was suggested. Considering the results obtained by adopting the developed program to the assumed retaining wall under an earthquake, the relationships between the time-displacement, time-force, and displacement-force were reasonable. According to the results computed by the program, the displacements to the front direction of the wall occurred, and the displacement per cycle converged after some cycles elapsed. Displacements with a natural period were calculated, which showed that the maximum displacement was observed when the natural frequency was slightly different from the excitation frequency rather than the same values of the two frequencies. This happens because the vibrating system was modeled by two springs with different stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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