In the design of transformer winding, natural vibration frequency is an important parameter. This paper presents a 2D model to calculate axial vibration natural frequency of power transformer winding based on the elastic dynamics theory, and according to the elastic support equivalent principle of radial pressboards. The 3D model to calculate natural vibration frequency can be simplified as a 2D one as the support of pressboards on the winding is same. It is verified that results of the 2D model are consistent with those of 3D one, but the former can achieve much higher calculation efficiency. It shows that increasing the width and number of pressboards can improve axial natural frequency through formula analysis and simulation, and also the relations between the changes of axial pre-compression and axial natural vibration frequency on the windings are investigated. Finally, the proposed 2D model's effectiveness is proved when compared with tested ones.
The vibrational system of this study is consisted of a rotating cantilever pipe and the flow in the pipe. The equation of motion is derived by using Lagrange equation. The influences of the rotating angular velocity and the velocities of fluid flow in the pipe have been studied on the dynamic characteristics of a rotating cantilever pipe by numerical method. The tip-amplitude of axial vibration and maximum tip-deflection of axial direction of cantilever pipe are directly proportional to the velocity of fluid and rotating angular velocity of pipe In the steady state. respectively The bending tip-amplitude of cantilever pipe is inversely proportional to the velocity of fluid in the steady state. When the rotating angular velocity is 5 rad/s, the velocity of fluid increase with increasing the natural frequency of axial vibration at second mode and third mode, but the natural frequency axial direction of first mode is decreased. The natural frequency of lateral direction is decreased due to increase of the rotating angular velocity. It identifies that the Influence of velocity of fluid give much variation lower mode of vibration in lateral direction. And the Influence of velocity of fluid give much variation higher mode of vibration in axial direction.
Dynamic response of buried pipelines both in the axial and the transverse directions on concrete pipe and steel pipe, FRP pipe were investigated through a free vibration analysis. End boundary conditions considered herein consist of free ends, fixed ends, and fixed-free ends in the axial and the transverse direction. Guided ends, simply supported ends, and supported-guided ends were added to the transverse direction. The buried pipeline was regarded as a beam on an elastic foundation and the ground displacement of sinusoidal wave was applied to it. Natural frequencies and mode shapes were determined according to end boundary conditions. In addition, the effects of parameters on the natural frequency were evaluated. The natural frequency is affected most significantly by the soil stiffness and the length of the buried pipelines. The natural frequency increases as the soil stiffness increases while it decreases as the length of the buried pipeline increases. Such behavior appears to be dominant in the axial direction rather than in the transverse direction of the buried pipelines.
Ghaderi, Masoud;Ghaffarzadeh, Hosein;Maleki, Vahid A.
Earthquakes and Structures
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제9권6호
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pp.1181-1192
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2015
In this paper, an analytical method is proposed to study the effect of crack and axial load on vibration behavior and stability of the cracked columns. Using the local flexibility model, the crack has been simulated by a torsional spring with connecting two segments of column in crack location. By solving governing eigenvalue equation, the effects of crack parameters and axial load on the natural frequencies and buckling load as well as buckling load are investigated. The results show that the presents of crack cause to reduction in natural frequencies and buckling load whereas this reduction is affected by the location and depth of the crack. Furthermore, the tensile and compressive axial load increase and decrease the natural frequencies, respectively. In addition, as the compression load approaches to certain value, the fundamental natural frequency reaches zero and instability occurs. The accuracy of the model is validated through the experimental data reported in the literature.
Vibration problems occurred in an air cooled heat exchanger with axial flow fan for a petrochemical plant were investigated. Experimental field test and theoretical verification were performed. To find the main cause of the high vibration of the fan at the air inlet of the axial fan, the frequency spectrum was measured. The natural frequency of the driving support of the heat exchanger was numerically calculated. Both of the measured and the natural frequency were approximately equal to the blade passing frequency. Because it was difficult to modify the structure of the driving support during the normal operation of the plant, the blade number of the fan was increased, which greatly reduced the vibration level of the heat exchanger.
Vibration problems induced by an air cooled heat exchanger with axial flow fan were investigated during the operation of a petrochemical plant. Two different studies were done; one was experimental field test and the other was theoretical verification. To find main cause of the blade passing frequency of the fan after installing additional blockage board at the air inlet of the axial fan, the frequency spectrum was measured. The vibrations of the blade passing frequency became higher. The natural frequency of driving support of the heat exchanger was theoretically calculated. It was approximately equal to the blade passing frequency. During the normal operation of the plant, it was impossible to modify the structure of the driving support. Instead, the blade number was increased to reduce vibration level. It increased the ratio of the forcing frequency to the natural frequency of the driving support over the resonance region.
This paper addresses the effect of transverse shear deformation and rotary inertia on the natural frequency of beams under axial loads. It has been reported in the author's paper using a finite element analysis that the Timoshenko effect in a rotating disk deceases and then increases again with increasing rotation speed. To validate the phenomenon, the simply-supported beams under uniform tension are selected in this study since they have exact solutions in vibration problem. The results show that the axial tension in beams would not make the Timoshenko effect decrease monotonically but could make the effect increase again unlike the results reported in the other studies for beams.
Although the MEMS element is made through a very precise manufacturing process, usually there is the difference between the modeling design and the actual product. So tuning is required. Through the frequency tuning(changing the characteristics of device), we can calibrate the fabrication error and uncertainty. I'll propose the method of changing the natural frequency through the imposing the axial force on the anchor part to separate the sensing part and the tuning part. When the shape of section is the form of rectangular, the degree of the natural frequencies' change under axial force appears D be different. Applying a tuning force of 30 $\mu$N, the natural frequencies' difference can be reduced by 5 percent.
An experimental study was performed for two types of co-axial cylindrical shell structures in order to establish the relationship between in-air dynamic characteristics and in-water ones and to observe hydrodynamic mass effects on their mode shapes when submerged. The outer cylinders are prepared with two kinds to get more insights on the fluid-structure interaction phenomena: one is flexible, which means that the outer cylinder has almost same stiffness as the inner one, and the other is a rigid one whose stiffness is more than ten times of the inner one's(it might be regarded as the scaled-down model of the reactor internals). The finite element. analyses were also implemented to support the experimental results. The results show that the natural frequencies of a co-axial cylindrical shell structure in water are remarkably lower than those in air due to the fluid mass effects. In case of the flexible-to-flexible cylinders, there exist in-phase and out-of-phase mode shapes and they are affected by the annular gap between the. co-axial cylinders. For the in-phase mode the in-water natural frequency decreases exponentially as the gap increases, while it slightly increases in case of the out-of-phase mode due to the squeezing effect of the gap fluid. In the flexible-to-rigid case, the normalized natural frequency(in-water frequency/in-air one) of the inner cylinder(core barrel model) ranges between in-phase and out-of-phase mode frequencies of the flexible-to-flexible co-axial cylindrical structure having identical dimensions. Also the normalized natural frequency of the inner cylinder of the flexible-to-rigid one moves from near of the in-phase mode frequency into the out-of-phase mode value of the flexible-to-flexible case as circumferential mode number(n) increases.
An outline of the Timoshenko beam theory is presented. Two differential equations of motion in terms of deflection and rotation are comprised into single equation with deflection and analytical solutions of natural vibrations for different boundary conditions are given. Double frequency phenomenon for simply supported beam is investigated. The Timoshenko beam theory is modified by decomposition of total deflection into pure bending deflection and shear deflection, and total rotation into bending rotation and axial shear angle. The governing equations are condensed into two independent equations of motion, one for flexural and another for axial shear vibrations. Flexural vibrations of a simply supported, clamped and free beam are analysed by both theories and the same natural frequencies are obtained. That fact is proved in an analytical way. Axial shear vibrations are analogous to stretching vibrations on an axial elastic support, resulting in an additional response spectrum, as a novelty. Relationship between parameters in beam response functions of all type of vibrations is analysed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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