$Cu_{1.8}Zn_{1.2}(Sn_{1-x}Ge_x)S_4$ (CZTGeS) nanocrystals were mechanochemically synthesized from elemental precursor powders without using any organic solvents and any additives. The composition of CZTGeS nanocrystals were systematically varied with different Ge mole fraction (x) from 0.1 to 0.9. The XRD, Raman spectroscopy, high-resolution TEM, and diffuse reflectance studies show that the as-synthesized CZTGeS nanocrystals exhibited consistent changes in various structural and optical properties as a function of x, such as lattice parameters, wave numbers for $A_1$ Raman vibration mode, interplanar distances (d-spacing), and optical bandgap energies. The bandgap energy of the synthesized CZTGeS nanocrystals gradually increases from 1.40 to 1.61 eV with increasing x from 0.1 to 0.9, demonstrating that Ge-doping is useful means to tune the bandgap of mechanochemically synthesized nanocrystals-based kesterite thin-film solar cells. The preliminary solar cell performance is presented with an efficiency of 3.66%.
The natural frequencies and the corresponding mode shapes of a non-uniform beam carrying multiple point masses are determined by using the analytical-and-numerical-combined method. To confirm the reliability of the last approach, all the presented results are compared with those obtained from the existing literature or the conventional finite element method and close agreement is achieved. For a "uniform" beam, the natural frequencies and mode shapes of the "clamped-hinged" beam are exactly equal to those of the "hinged-clamped" beam so that one eigenvalue equation is available for two boundary conditions, but this is not true for a "non-uniform" beam. To improve this drawback, a simple transformation function ${\varphi}({\xi})=(e+{\xi}{\alpha})^2$ is presented. Where ${\xi}=x/L$ is the ratio of the axial coordinate x to the beam length L, ${\alpha}$ is a taper constant for the non-uniform beam, e=1.0 for "positive" taper and e=1.0+$|{\alpha}|$ for "negative" taper (where $|{\alpha}|$ is the absolute value of ${\alpha}$). Based on the last function, the eigenvalue equation for a non-uniform beam with "positive" taper (with increasingly varying stiffness) is also available for that with "negative" taper (with decreasingly varying stiffness) so that half of the effort may be saved. For the purpose of comparison, the eigenvalue equations for a positively-tapered beam with five types of boundary conditions are derived. Besides, a general expression for the "normal" mode shapes of the non-uniform beam is also presented.
The anharmonic frequency of a local OH stretching mode of a water monomer and dimer was calculated using various levels of density functional theory. The quantum chemical potential energy curves as a function of the OH bond distance were calculated, and they were fitted with the Morse potential function to analytically obtain the fundamental transition frequency. By comparing those values with the frequencies similarly calculated using an ab initio quantum chemical method, the coupled cluster theory including both single and double excitations with the perturbative inclusion of triple excitation in the complete basis limit, the accuracy of various density functional methods in the calculation of anharmonic vibration frequency of water molecules was assessed. For a water monomer, X3LYP and B3LYP methods give the best accuracy, whereas for a water dimer, B972, LCBLYP, ${\omega}B97X$, ${\omega}B97$ methods show the best performance.
In this study, the design of a tri-axis micromachined gyroscope is proposed and the vibration characteristic of the structure is analyzed. Tri-axis vibratory gyroscopes that utilize Coriolis effect are the most commonly used micromachined inertial sensors because of their advantages, such as low cost, small packaging size, and low power consumption. The proposed design is a single structure with four proof masses, which are coupled to their adjacent ones. The coupling springs of the proof masses orthogonally transfer the driving vibrational motion. The resonant frequencies of the gyroscope are analyzed by finite element method (FEM) simulation. The suspension beam spring design of proof masses limits the resonance frequencies of four modes, viz., drive mode, pitch, roll and yaw sensing mode in the range of 110 Hz near 21 kHz, 21173 Hz, 21239 Hz, 21244 Hz, and 21280 Hz, respectively. The unwanted modes are separated from the drive and sense modes by more than 700 Hz. Thereafter the drive and the sense mode vibrations are calculated and simulated to confirm the driving feasibility and estimate the sensitivity of the gyroscope. The cross-axis sensitivities caused by driving motion are 1.5 deg/s for both x- and y-axis, and 0.2 deg/s for z-axis.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.4
s.22
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pp.81-92
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2006
This paper presents exact solutions for the free vibrations and buckling of rectangular plates having two opposite, simply supported edges subjected to linearly varying normal stresses causing pure in-plane moments, the other two edges being free. Assuming displacement functions which are sinusoidal in the direction of loading (x), the simply supported edge conditions are satisfied exactly. With this the differential equation of motion for the plate is reduced to an ordinary one having variable coefficients (in y). This equation is solved exactly by assuming power series in y and obtaining its proper coefficients (the method of Frobenius). Applying the free edge boundary conditions at y=0, b yields a fourth order characteristic determinant for the critical buckling moments and vibration frequencies. Convergence of the series is studied carefully. Numerical results are obtained for the critical buckling moments and some of their associated mode shapes. Comparisons are made with known results from less accurate one-dimensional beam theory. Free vibration frequency and mode shape results are also presented. Because the buckling and frequency parameters depend upon Poisson's ratio ( V ), results are shown for $0{\leq}v{\leq}0.5$, valid for isotropic materials.
A design method of a Multiple Tuned Mass Damper (MTMD) system is presented for wind induced vibration control of a cable-supported roof structure. Modal contribution analysis is carried out to determine the dominating modes of the structure for the MTMD design. Two MTMD systems are developed for two most dominating modes. Each MTMD system is composed of multiple TMDs with small masses spread at multiple locations with large responses in the corresponding mode. Frequencies of TMDs are distributed uniformly within a range around the dominating frequencies of the roof structure to enhance the robustness of the MTMD system against uncertainties of structural frequencies. Parameter optimizations are carried out by minimizing objective functions regarding the structural responses, TMD strokes, robustness and mass cost. Two optimization approaches are used: Single Objective Approach (SOA) using Sequential Quadratic Programming (SQP) with multi-start method and Multi-Objective Approach (MOA) using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II). The computation efficiency of the MOA is found to be superior to the SOA with consistent optimization results. A Pareto optimal front is obtained regarding the control performance and the total weight of the TMDs, from which several specific design options are proposed. The final design may be selected based on the Pareto optimal front and other engineering factors.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.10
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pp.1011-1016
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2015
Gas piping systems in power plants and factories are always influenced by the mechanical vibrations of rotational machines such as pumps, blowers, and compressors. Unusual vibrations in a gas piping system influence possible leakages of liquids or gases, which can lead to large explosive accidents. Real-time measurements of unusual vibrations in piping systems in situ prohibit them from being possible leakages owing to the repeated fatigue of vibrations. In this paper, a non-contact 3-dimensional measurement system that can detect the vibrations of a solid body and monitor its vibrational modes is introduced. To detect the displacements of a body, a stereoscopic camera system is used, through which the major vibration types of solid bodies (such as X-axis-major, Y-axis-major, and Z-axis-major vibrations) can be monitored. In order to judge the vibration types, an artificial neural network is used. The measurement system consists of a host computer, stereoscopic camera system (two-camera system, high-speed high-resolution camera), and a measurement target. Through practical application on a flat plate, the measured data from the non-contact measurement system showed good agreement with those from the original vibration mode produced by an accelerator.
This study aims to monitor the variation of modal frequencies of steel buildings during their construction sequence. In this respect, construction of a steel building is followed by vibration based measurements. The monitored building is a three-story educational building within a building group whose structural system consists of steel moment resisting steel frames and eccentric braces. Five different acceleration measurements in two perpendicular directions are taken on five different construction stages, starting from the erection of the columns and beams ending with the completion of the construction. The recorded measurements are transferred into frequency domain and the dominant frequencies for each case have been determined. The change in the dominant frequencies is evaluated with the existing construction stages and performed constructional works between the stages. The last measurement, performed on the building in service, revealed the first two dominant frequencies as mutual in X and Y direction, showing that these dynamic modes are torsional modes. This result is investigated by numerical analysis performed with finite element model of the building constructed for design purpose. Lower frequencies and different mode shapes are determined from numerical analysis. The reason of lower frequencies is discussed and the vibration survey is extended to determine the effects of an adjacent building. The results showed that the building is in strong relation with an adjoining building in spite of a designed construction joint.
For the first time, an accurate analytical solution, based on coupled three-dimensional (3D) piezoelasticity equations, is presented for free vibration analysis of the angle-ply elastic and piezoelectric flat laminated panels under arbitrary boundary conditions. The present analytical solution is applicable to composite, sandwich and hybrid panels having arbitrary angle-ply lay-up, material properties, and boundary conditions. The modified Hamiltons principle approach has been applied to derive the weak form of governing equations where stresses, displacements, electric potential, and electric displacement field variables are considered as primary variables. Thereafter, multi-term multi-field extended Kantorovich approach (MMEKM) is employed to transform the governing equation into two sets of algebraic-ordinary differential equations (ODEs), one along in-plane (x) and other along the thickness (z) direction, respectively. These ODEs are solved in closed-form manner, which ensures the same order of accuracy for all the variables (stresses, displacements, and electric variables) by satisfying the boundary and continuity equations in exact manners. A robust algorithm is developed for extracting the natural frequencies and mode shapes. The numerical results are reported for various configurations such as elastic panels, sandwich panels and piezoelectric panels under different sets of boundary conditions. The effect of ply-angle and thickness to span ratio (s) on the dynamic behavior of the panels are also investigated. The presented 3D analytical solution will be helpful in the assessment of various 1D theories and numerical methods.
Using cross-ties to connect cables together when forming a cable network is regarded as an efficient method of mitigating cable vibrations. Cross-ties have been extended and fixed on bridge decks or towers in some engineering applications. However, the dynamics of this kind of system need to be further studied, and the effects of extending cross-links to bridge decks/towers on the modal response of the system should be assessed in detail. In this paper, a system of two cables connected by an inter-supported cross-link with another lower cross-link extended to the ground is proposed and analyzed. The characteristic equation of the system is derived, and some limiting solutions in closed form of the system are derived. Roots of cable system with special configurations are also discussed, attention being given to the case when the two cables are identical. A predictable mode behavior was found when the stiffness of inter-connection cross-link and the cross-link extended to the ground were the same. The vector of mode energy distribution and the degree of mode localization index are proposed so as to distinguish global and local modes. The change of mode behaviors is further discussed in the case when the two cables are not identical. Effects of cross-link stiffness, cross-link location, mass-tension ratio, cable length ratio and frequency ratio on $1^{st}$ mode frequency and mode shape are addressed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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