Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.21
no.3
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pp.256-266
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1997
The authors apply the transfer influence coefficient method to the 3. dimensional vibration analysis of beam with multi - joints and formulate a general algorithm to analyse the longitudinal, flexural and torsional coupled forced vibration. In this paper, a structure which is mainly found in the robot arms, cranes and so on, has some crooked parts, subsystems and joints, but has no closed loop in this system. It is modeled as the beam of a distributed mass system with massless translational, rotational and torsional springs in each node, and joint elements of release or roll at node which the displacement vector is discontinuous. The superiority of the present method to the transfer matrix method in the computation accuracy was confirmed from the numerical computation results. Moreover, we confirmed that boundary and intermediate conditions could be controlled by varying the values of the spring constants.
The free vibration of stiffened and damaged coupled shear walls is investigated using the mixed finite element method. The anisotropic damage model is adopted to describe the damage extent of the reinforced concrete shear wall element. The internal energy of a locally damaged shear wall element is derived. Polynomial shape functions established by Kwan are used to present the component of displacements vector on each point within the wall element. The principle of virtual work is employed to deduce the stiffness matrix of a damaged shear wall element. The stiffened system is reinforced by an additional stiffening beam at some level of the structure. This induces additional axial forces, and thus reduces the bending moments in the walls and the lateral deflection, and increases the natural frequencies. The effects of the damage extent and the stiffening beam on the free vibration characteristics of the structure are studied. The optimal location of the stiffening beam for increasing as far as possible the first natural frequency of vibration is presented.
For the spatially coupled free vibration analysis of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beam subjected to initial axial force, an exact dynamic element stiffness matrix of curved beam is evaluated. Firstly equations of motion and force-deformation relations are rigorously derived from the total potential energy for a curved beam element. Next a system of linear algebraic equations are constructed by introducing 14 displacement parameters and transforming the second order simultaneous differential equations into the first order simultaneous differential equations. And then explicit expressions for displacement parameters are numerically evaluated via eigensolutions and the exact $14{\times}14$ dynamic element stiffness matrix is determined using force-deformation relations. To demonstrate the accuracy and the reliability of this study, the spatially coupled natural frequencies of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beams subjected to initial axial forces are evaluated and compared with analytical and FE solutions using isoparametric and Hermitian curved beam elements and results by ABAQUS's shell elements.
In high multistory reinforced concrete buildings, coupled shear walls can provide an efficient structural system to resist horizontal force due to wind and seismic effects. Coupled shear walls are usually built over the whole height of the building and re laid out either as a series of walls coupled by beams and/or slabs or a central core structure with openings to accommodate doors, elevators walls, windows and corridors. A number of recent studies have focused on examining the seismic response of concrete, steel, and composite coupling beams. However, since no specific equations are available for computing the bearing strength of steel coupling beam-wall connections, it is necessary to develop such strength equations. There were carried out analytical and experimental studies to develop the strength equations of steel coupling beam-connections. Experiments were conducted to determine the factors influencing the bearing strength of the steel coupling beam-wall connection. The results of the proposed equations were in good agreement with both test results and other test data from the literature. Finally, this paper provides background for design guidelines that include a design model to calculate the bearing strength of steel coupling beam-wall connections.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.771-775
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2006
There has been much effort to find suitable methods for structural analysis in the mid-frequency region where traditional low frequency methods have increasing uncertainties whilst statistical energy analysis is not strictly applicable. Systems consisting of relatively stiff beams coupled to flexible plates have a particularly broad mid-frequency region where the beams support only a few modes whilst the plate has a high modal density and modal overlap. A system of two parallel beams coupled to a plate is investigated based on the wave method, which is an approximate method. The wave model is extended from a single-beam-plate system, to a plate with two identical beams which is modelled using a symmetric-anti symmetric technique. Experimental results such as powers and energy ratios show the validity of the analytical wave models.
In this study, in-situ static and dynamic tests of four pre-stressed concrete (PC) track beams with different span lengths and curvatures in a straddle monorail transit system were reported. In the static load tests, the strain and deflection at critical sections of the PC track beams were measured to determine the load bearing capacity and stiffness. The dynamic responses of strain, deflection, acceleration, and displacement at key positions of the PC track beams were measured under different train speeds and train loads to systematically study the dynamic behaviors of the PC track beams. A three-dimensional finite element model of the track beam-vehicle coupled vibration system was established to help understand the dynamic behavior of the system, and the model was verified using the test results. The research results show that the curvature, span length, train speed, and train loads have significant influence on the dynamic responses of the PC track beams. The dynamic performance of the PC track beams in the curve section is susceptible to dynamic loads. Appropriate train loads can effectively reduce the impact of the train on the PC track beam. The PC track beams allow good riding comfort.
The authors have studied vibration analysis algorithm which was suitable to the personal computer. Recently, we presented the transfer stiffness coefficient method(TSCM). This method is based on the concept of the transfer of the nodal dynamic stiffness coefficients which are related to force and displacement vectors at each node. In this paper, we describes the general formulation for the longitudinal and flexural coupled vibration analysis of a beam type structure by the TSCM. And the superiority of the TSCM to the finite element method(FEM) in the computation accuracy, cost and convenience was confirmed by results of the numerical computation and experiment.
The electromagnetic field can cause an essential change of the dynamic behavior of the railgun. The evaluation of the dynamics performance of railgun is a mandatory task. Here, a nonlinear electromagnetic force equation of the railgun is given in which the clearance, the thickness and the width of the rail are considered. Based on it, the nonlinear electromechanical coupled dynamics equations of Euler beam rails for the railgun are proposed. Using the equations, the nonlinear free vibration frequency of the railgun is investigated and the effects of the system parameters on the frequency are analyzed. The nonlinear forced responses of the rail to the electromagnetic excitation are investigated as well. The results show that as the nonlinearity of the railgun system is considered, the vibration frequencies of the railgun system increase; as the current in the rail increases, the difference between the natural frequencies and the nonlinear vibration frequencies increases significantly; the nonlinearity of the railgun system is more obvious for smaller distance between the two rails, smaller rail thickness, and smaller stiffness of the elastic foundation; the unstable dynamics state of the rail system occurs when the armature runs to the exit of the railgun. The results are useful for design and application of the railgun system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.955-959
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2011
In this paper, we assume that an output sensor of a ball and beam system is coupled with AC measurement noise. We propose an output feedback controller for a ball and beam system under measurement noise of feedback sensor. Measurement noise makes feedback signals distorted, and results in performance degradation or even system failure. Therefore, we need to design a robust controller to accommodate the possible measurement noise in the feedback information. Our controller is equipped with a gain-scaling factor to minimize the effect of measurement noise in output feedback information. We give an analysis of the controlled system and illustrate the improved control performance via simulation and experiment for a ball and beam system.
The present work aims at investigating the nonlinear dynamics, bifurcations, and stability of an axially accelerating beam with an intermediate spring-support. The problem of a parametrically excited system is addressed for the gyroscopic system. A geometric nonlinearity due to mid-plane stretching is considered and Hamilton's principle is employed to derive the nonlinear equation of motion. The equation is then reduced into a set of nonlinear ordinary differential equations with coupled terms via Galerkin's method. For the system in the sub-critical speed regime, the pseudo-arclength continuation technique is employed to plot the frequency-response curves. The results are presented for the system with and without a three-to-one internal resonance between the first two transverse modes. Also, the global dynamics of the system is investigated using direct time integration of the discretized equations. The mean axial speed and the amplitude of speed variations are varied as the bifurcation parameters and the bifurcation diagrams of Poincare maps are constructed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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