This paper presents a framework of nonlinear dynamic analysis of a low-speed moving maglev (magnetically levitated) vehicle subjected to cross winds and controlled using a clipped-LQR actuator with time delay compensation. A four degrees-of-freedom (4-DOFs) maglev-vehicle equipped with an onboard PID (Proportional-Integral-Derivative) controller traveling over guideway girders was developed to regulate the electric current and control voltage. With this maglev-vehicle/guideway model, dynamic interaction analysis of a low-speed maglev vehicle with guideway girders was conducted using an iterative approach. Considering the time-delay issue of unsynchronized tuning forces in control process, a clipped-LQR actuator with time-delay compensation is developed to improve control effectiveness of lateral vibration of the running maglev vehicle in cross winds. Numerical simulations demonstrate that although the lateral response of the maglev vehicle moving in cross winds would be amplified significantly, the present clipped-LQR controller exhibits its control performance in suppressing the lateral vibration of the vehicle.
Alonso-Estebanez, Alejandro;del Coz Diaz, Juan J.;Rabanal, Felipe P.A lvarez;Pascual-Munoz, Pablo;Nieto, Paulino J. Garcia
Wind and Structures
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v.26
no.1
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pp.35-43
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2018
This paper describes the effect of different testing parameters (configuration of infrastructure and truck position on road) on truck aerodynamic coefficients under cross wind conditions, by means of a numerical approach known as Large Eddy Simulation (LES). In order to estimate the air flow behaviour around both the infrastructure and the truck, the filtered continuity and momentum equations along with the Smagorinsky-Lilly model were solved. A solution for these non-linear equations was approached through the finite volume method (FVM) and using temporal and spatial discretization schemes. As for the results, the aerodynamic coefficients acting on the truck model exhibited nearly constant values regardless of the Reynolds number. The flat ground is the infrastructure where the rollover coefficient acting on the truck model showed lowest values under cross wind conditions (yaw angle of $90^{\circ}$), while the worst infrastructure studied for vehicle stability was an embankment with downward-slope on the leeward side. The position of the truck on the road and the value of embankment slope angle that minimizes the rollover coefficient were determined by successfully applying the Response Surface Methodology.
This paper presents a 1:25 multi-freedom aero-elastic model for a high lighting pole at the Zhoushan stadium. To validate the similarity characteristics of the model, a free vibration test was performed before the formal test. Beat phenomenon was found and eliminated by synthesis of vibration in the X and Y directions, and the damping ratio of the model was identified by the free decay method. The dynamic characteristics of the model were examined and compared with the real structure; the similarity results were favorable. From the test results, the major along-wind dynamic response was the first vibration component. The along-wind wind vibration coefficient was calculated by the China code and Eurocode. When the peak factor equaled 3.5, the coefficient calculated by the China code was close to the experimental result while Eurocode had a slight overestimation of the coefficient. The wind vibration coefficient during typhoon flow was analyzed, and a magnification factor was suggested in typhoon-prone areas. By analyzing the power spectrum of the dynamic cross-wind base shear force, it was found that a second-order vortex-excited resonance existed. The cross-wind response in the test was smaller than Eurocode estimation. The aerodynamic damping ratio was calculated by random decrement technique and the results showed that aerodynamic damping ratios were mostly positive at the design wind speed, which means that the wind-induced galloping phenomenon is predicted not to occur at design wind speeds.
Simulations using two well-known commercial codes, WAsP and WindSIM, were performed to predict the wind resources in complex terrains of Korea. The predictions from the codes were compared with the measured data. Cross predictions were performed for two closely located measurement sites. The results from WindSIM were found to be more accurate than those from WAsP. The predictions for wind velocity and direction in five different sites of complex terrain from WAsP and WindSIM were also compared. It was found that if the self prediction of the wind velocity and direction from WAsP is close to the measured wind data, the discrepancies between WAsP results and WindSIM results are also close.
This paper presents a mechanical model of Rain-Wind Induced Vibration (RWIV) of stay cables. It is based on the physical interpretation of the phenomenon as given in Cosentino, et al. (2003, referred as Part I). The model takes into account all the main forces acting on cable, on the upper water rivulet (responsible of the excitation) and the cable-rivulet interaction. It is a simplified (cable cross-sectional and deterministic) representation of the actual (stochastic and three-dimensional) phenomenon. The cable is represented by its cross section and it is subjected to mechanical and aerodynamic (considering the rivulet influence) forces. The rivulet is supposed to oscillate along the cable circumference and it is subjected to inertial and gravity forces, pressure gradients and air-water-cable frictions. The model parameters are calibrated by fitting with experimental results. In order to validate the proposed model and its physical basis, different conditions (wind speed and direction, cable frequency, etc.) have been numerically investigated. The results, which are in very good agreement with the RWIV field observations, confirm the validity of the method and its engineering applicability (to evaluate the RWIV sensitivity of new stays or to retrofit the existing ones). Nevertheless, the practical use of the model probably requires a more accurate calibration of some parameters through new and specifically oriented wind tunnel tests.
The flutter instability is one of the most important themes need to be carefully investigated in the design of long-span bridges. This study takes the central-slotted ideal thin flat plate as an object, and examines the characteristics of unsteady surface pressures of stationary and vibrating cross sections based on computational fluid dynamics (CFD) simulations. The flutter derivatives are extracted from the surface pressure distribution and the critical flutter wind speed of a long span suspension bridge is then calculated. The influences of angle of attack and the slot ratio on the flutter performance of central-slotted plate are investigated. The results show that the critical flutter wind speed reduces with increase in angle of attack. At lower angles of attack where the plate shows the characteristics of a streamlined cross-section, the existence of central slot can improve the critical flutter wind speed. On the other hand, at larger angles of attack, where the plate becomes a bluff body, the existence of central slot further reduces the flutter performance.
Wittwer, Adrian R.;Loredo-Souza, Acir M.;Schettini, Edith B. Camano;Castro, Hugo G.
Wind and Structures
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v.27
no.6
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pp.417-430
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2018
The concentration fields in the proximities of a local gas emission source are experimentally analyzed in several combinations of wind incidences and source emissions. These conditions are determined by the plume buoyancy, emission velocity and incident flow wind speed. Concentration measurements are performed by an aspirating probe in a boundary layer wind tunnel. The analysis included the mean concentration values and the intensity of concentration fluctuations in a neutral atmospheric boundary layer flow. Different configurations are tested: an isolated stack in a homogeneous terrain and a stack with a bluff body in close proximity, located windward and leeward from the emission source. The experimental mean concentration values are contrasted with Gaussian profiles and the dilution factor is analyzed with respect to the empirical curves of the minimum dilution. Finally, a study on the plume intermittency is performed in a cross-sectional plane near the emission source. It is possible to highlight the following observations: a) plume vertical asymmetry in the case of an isolated emission source, b) significant differences in the dispersion process related to the relative location of the emission source and bluff body effects, and c) different probabilistic behavior of the concentration fluctuation data in a cross-sectional measurement plane inside the plume.
Kim, Hyeon-Gi;Kim, Byeong-Min;Paek, In-Su;Yoo, Neung-Soo;Kim, Hyun-Goo
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.31
no.5
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pp.1-8
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2011
In this study, we performed a sensitivity analysis to see how the true north error of a wind direction vane installed to a meteorological mast affects predictions of the annual-average wind speed and the annual energy production. For this study, two meteorological masts were installed with a distance of about 4km on the ridge in complex terrain and the wind speed and direction were measured for one year. Cross predictions of the wind speed and the AEP of a virtual wind turbine for two sites in complex terrain were performed by changing the wind direction from $-45^{\circ}$ to $45^{\circ}$with an interval of $5^{\circ}$. A commercial wind resource prediction program, WindPRO, was used for the study. It was found that the prediction errors in the AEP caused by the wind direction errors occurred up to more than 20% depending on the orography and the main wind direction at that site.
Hyperbolic thin-shell cooling towers have complicated vibration modes, and are very sensitive to the effects of group towers and wind-induced vibrations. Traditional aero-elastic models of cooling towers are usually designed based on the method of stiffness simulation by continuous medium thin shell materials. However, the method has some shortages in actual engineering applications, so the so-called "equivalent beam-net design method" of aero-elastic models of cooling towers is proposed in the paper and an aero-elastic model with a proportion of 1: 200 based on the method above with integrated pressure measurements and vibration measurements has been designed and carried out in TJ-3 wind tunnel of Tongji university. According to the wind tunnel test, this paper discusses the impacts of self-excited force effect on the surface wind pressure of a large-scale cooling tower and the results show that the impact of self-excited force on the distribution characteristics of average surface wind pressure is very small, but the impact on the form of distribution and numerical value of fluctuating wind pressure is relatively large. Combing with the Complete Quadratic Combination method (hereafter referred to as CQC method), the paper further studies the numerical sizes and distribution characteristics of background components, resonant components, cross-term components and total fluctuating wind-induced vibration responses of some typical nodes which indicate that the resonance response is dominant in the fluctuating wind-induced vibration response and cross-term components are not negligible for wind-induced vibration responses of super-large cooling towers.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.30
no.3
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pp.283-290
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2024
In this study, a survey on the coexistence of offshore wind farm and fishing activities in Gochang, Gunsan, and Buan's fishermen in the southwest sea of shore wind farm was carried out witn an aim of examining the factors that should be considered when coexisting. A questionnaire was composed after referring to domestic and foreign literature data on examples of coexistence. The questionnaire was issued through direct visits. Frequency analysis and cross-analysis were used for survey response results, and IBM SPSS Statistics ver. 26 was used for statistical processing. As a result of analyzing a total of 84 questionnaires, the perception of the coexistence of offshore wind and fishing activities was the same by 50.0% positive and negative, respectively. As a result of cross-analysis by region, significant differences were found (p <0.039). Gochang fishermen showed a high negative perception of the coexistence of offshore wind and fishing activities at 62.1%, with the main reason being that fishing resources are expected to decrease due to the influence of noise, vibration, and current generated from offshore wind farm facilities. In Gunsan, negative perception of coexistence was high at 57.7%. This was mainly attributed to the impossibility to operate in the offshore wind farm due to the nature of the fishery. On the contrary, in the case of Buan, 69.0% of the positive perception of coexistence was high 'because fishermen were dissatisfied with the current coexistence plan (policy)'. According to previous studies, 91.8% of domestic fishing methods show the possibility of fishing activities in offshore wind under caution, so it is concluded that research should be conducted to coexist with offshore wind and fishing activities as in foreign countries for smooth installation of offshore wind and continuous fishing activities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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