Recently, a new output-only modal identification method based on time-frequency independent component analysis (ICA) has been developed by the authors and shown to be useful for even highly-damped structures. In many cases, it is of interest to identify the complex modes of structures with non-proportional damping. This study extends the time-frequency ICA based method to a complex ICA formulation for output-only modal identification of non-proportionally-damped structures. The connection is established between complex ICA model and the complex-valued modal expansion with sparse time-frequency representation, thereby blindly separating the measured structural responses into the complex mode matrix and complex-valued modal responses. Numerical simulation on a non-proportionally-damped system, laboratory experiment on a highly-damped three-story frame, and a real-world highly-damped base-isolated structure identification example demonstrate the capability of the time-frequency complex ICA method for identification of structures with complex modes in a straightforward and efficient manner.
Identifying the stability of rotor systems is prerequisite for clear determination of the parameter identification and safety, through which operating conditions may be rationally ascertained. For this purpose, the complex modal analysis of periodically time-varying system has been introduced by transforming the relation between periodic eigen-vectors and the corresponding adjoint vectors into the latent value problem. Stability investigation associated with modal features for rotor systems is performed using numerical simulation based upon the analysis model.
The substructure synthesis method is used for making it easy to analyze vibration systems generally in vibration field. In the past, this method has been to be used mainly because of shortage of computer memory and CPU time. But recently this method is used for analyzing complex structure or identifying the characteristics of systems precisely. The purpose of this study is to develop acoustic substructure synthesis method that can be applied to acoustic modal analysis of complex acoustic systems. Acoustic modal analysis method to be introduced here is a method that analyze acoustic natural mode shape of the complex acoustic system by the principle of CMS(component mode synthesis method). This paper describes the acoustic modal analysis of the acoustic finite element model of simple expansion pipe by acoustic substructure synthesis method. The resutls of acoustic modal analysis analyzed by Acoustic substructure synthesis method and the results by FEM(finite element method) shows good agreement.
A modeling method for the modal analysis of rotating beam structures having complex configurations employing multi-reference frames is presented in the present study. In most structural analysis methods, single reference frame is employed for the modal analysis. For simple structures such as single beam or single plate, the method of employing single reference frame usually provides rapidly converging accurate results. However, for general structures having complex configurations, such a method provides slowly converging, and often erroneous, results. In the present study, the effects of employing multi-reference frames on the convergence and the accuracy of the modal analysis of rotating beam structures having complex configurations are investigated.
Squeal, a kind of self-excited vibration, is generated by the friction between the disc and the friction materials. It occurs at the ending stage of the braking process, and radiates and audible frequency range of 1 kHz to 10 kHz. Squeal is generated from unstability because of the coupling between the translation and rotation of the system. This instability is caused by the follower force and follower force is normal component of the friction force. In this paper modal analysis of wheel brake system was performed in order to predict the squeal phenomenon. It was shown that the prediction of system instability is possible by FEM. A finite element model of that brake system was made. Some parts of a real brake was selected and modeled. Modal analysis method performs analyses of each brake system component. Experimental modal analysis was performed for each brake components and experimental results were compared with analytical results from FEM. To predict the dynamic unstability of a whole system, the complex eigenvalue analysis for assembly modeling of components confirmed by modal analysis is performed. The finite element models of the disk brake assembly have been constructed, and the squeal noise problems have been solved by complex eigenvalue analysis. The complex eigenvalue analysis results compared with real train test.
Operational modal analysis is being widely used in aerospace, mechanical and civil engineering. Common research fields include optimal design and rehabilitation under dynamic loads, structural health monitoring, modification and control of dynamic response and analytical model updating. In many practical cases, influence of noise contamination in the recorded data makes it difficult to identify the modal parameters accurately. In this paper, an improved frequency domain method called Enhanced Least Square Complex Frequency (eLSCF) is developed to extract modal parameters from noisy recorded data. The proposed method makes the use of pre-defined approximate mode shape vectors to refine the cross-power spectral density matrix and extract fundamental frequency for the mode of interest. The efficiency of the proposed method is illustrated using an example five story shear frame loaded by random excitation and different noise signals.
The present paper proposes a generalized modal analysis procedure for non-uniform, distributed-parameter rotor-bearing systems. An exact element matrix is derived for a Timoshenko shaft model which contains rotary inertia, shear deformation, gyroscopic effect and internal damping. Complex coordinates system is adopted for the convenience in formulation. A generalized orthogonality condition is provided to make the modal decomposition possible. The generalized modal analysis by using a modal decomposition delivers exact and closed form solutions both for frequency and time responses. Two numerical examples are presented for illustrating the proposed method. The numerical study proves that the proposed method is very efficient and useful for the analysis of distributed-parameter rotor-bearing systems.
It is important to reduce the vibration and noise of submarines and ships. For the purpose of noise reduction, various researches are actively being conducted on the employment of complex structures. However, in the case of numerical analysis for complex structures with damping materials, substantial errors can be generated by the absence of an exact damping model. Thus experimental model analysis is necessary for the verification of a numerical analysis for complex structures. In this research, vibration experiments are conducted in order to ascertain the vibration properties of cantilever beam attached damping materials. First, an initial value is obtained by using a direct linear method. Next, based on this initial value, the exact modal parameters of the cantilever beam are obtained by using the Newton-Raphson method.
In this study, an output-only modal identification approach is proposed for decentralized wireless sensor nodes used for linear structural systems. The following approaches are implemented to achieve the objective. Firstly, an output-only modal identification method is selected for decentralized wireless sensor networks. Secondly, the effect of time-unsynchronization is assessed with respect to the accuracy of modal identification analysis. Time-unsynchronized signals are analytically examined to quantify uncertainties and their corresponding errors in modal identification results. Thirdly, a modified approach using complex mode shapes is proposed to reduce the unsynchronization-induced errors in modal identification. In the new way, complex mode shapes are extracted from unsynchronized signals to deal both with modal amplitudes and with phase angles. Finally, the feasibility of the proposed approach is evaluated from numerical and experimental tests by comparing with the performance of existing approach using real mode shapes.
Based upon the Floquet theory, the complex modal solution for general rotor systems with periodically time-varying parameters is newly derived. The complete modal response can be obtained from the orthonormality condition between the time-variant eigenvectors and the corresponding adjoint vectors. The harmonic solutions such as the response and directional special a patterns are then derived in terms of harmonic modes whose coefficients are obtained from the modal analysis. The stability analysis by the Floquet's transition matrix and the eigen-analysis is also performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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