Vibration of vertically aligned-monolayered-nonuniform nanorods consist of functionally graded materials with elastic supports has not been investigated yet. To fill this gap, the problem is examined using the elasticity theories of Eringen and Gurtin-Murdoch. The geometrical and mechanical properties of the surface layer and the bulk are allowed to vary arbitrarily across the length. The nonlocal-surface energy-based governing equations are established using differential-type and integro-type formulations, and solved by employing the Galerkin method by exploiting admissible modes approach and element-free Galerkin (EFG). Through various comparison studies, the effectiveness of the EFG in capturing both nonlocal-differential/integro-based frequencies is proved. A constructive parametric study is also conducted, and the roles of nanorods' diameter, length, stiffness of both inter-rod's elastic layer and elastic supports, power-law index of both constituent materials and geometry, nonlocal and surface effects on the dominant frequencies are revealed.
This research addresses experimentally the relationship between the excitation frequency and both hoop and axial wall stresses in a water storage tank. A low-density polyethylene tank with six different aspect ratios (water level to tank radius) was tested using a shake table. A laminar box with sand represents a soil site to simulate Soil-Structure Interaction (SSI). Sine excitations with eight frequencies that cover the first free vibration frequency of the tank-water system were applied. Additionally, Ricker wavelet excitations of two different dominant frequencies were considered. The maximum stresses are compared with those using a nonlinear elastic spring-mass model. The results reveal that the coincidence between the excitation frequency and the free-vibration frequency of the soil-tank-water system increases the sloshing intensity and the rigid-like body motion of the system, amplifying the stress development considerably. The relationship between the excitation frequency and wall stresses is nonlinear and depends simultaneously on both sloshing and uplift. In most cases, the maximum stresses using the nonlinear elastic spring-mass model agree with those from the experiments.
Cho, Dae-Seung;Choi, Tae-Muk;Kim, Jin-Hyeong;Vladimir, Nikola
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.583-595
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2018
Stiffened panels are widely used in naval architecture and ocean engineering, and knowledge about their dynamic behaviour represents important issue in the design procedure. Ordinary vibration analysis consists of natural frequencies and mode shapes determination and can be extended to forced response assessment, while the Structural Intensity (SI) analysis, assessing magnitude and direction of vibrational energy flow provides information on dominant transmission paths and energy distribution including sink positions. In this paper, vibrational energy flow in stiffened panels under harmonic loading is analyzed by the SI technique employing the finite element method. Structural intensity formulation for plate and beam element is outlined, and developed system combining in-house code and general finite element tool is described. As confirmed within numerical examples, the developed tool enables separation of SI components, enabling generation of novel SI patterns and providing deeper insight in the vibrational energy flow in stiffened panels, comparing to existing works.
Generally flight vehicles have many cavities such as wheel wells, bomb bays and windows on their external surfaces and the flow around these cavities makes separation, vortex, shock and expansion waves, reattachment and other complex flow phenomenon. The flow around the cavity makes abnormal and three-dimensional noise and vibration even thought the aspect ratio (L/D) is small. The cavity giving large effects to the flow might make large noise, cause structural damage or breakage, harm the aerodynamic performance and stability, or damage the sensitive devices. In this study, numerical analysis was performed for cavity flows by the unsteady compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with Wilcox's $\kappa-\omega$ turbulence model. The MPI(Message Passing Interface) parallelized code was used for calculations by PC-cluster. The cavity has the aspect ratios of 2.5, 3.5 and 4.5 with the W/D ratio of 2 for three-dimensional cavities. The Sound Pressure Level (SPL) analysis was done with FFT to check the dominant frequency of the cavity flow. The dominant frequencies were analyzed and compared with the results of Rossiter's formula and Ahuja& Mendoza's experimental datum.
In this paper, numerical simulations of both low- and high-frequency buzz phenomena at the throttle ratios (T.R.) in Nagashima's experiment are performed. The dominant frequencies of the low-and high-frequency buzz in the experiment are about 109 Hz with T.R.=0.97 and 376 Hz with T.R.=0.55, respectively. An axisymmetric solver with the S-A turbulence model is used for the simulations, and DFT(Discrete Fourier Transform) on pressure histories is conducted for the buzz frequency analysis. In the present simulations, the free-stream Mach number and the Reynolds number based on the inlet diameter are 2 and $10^7$, respectively. Both the low- and high-frequency buzz phenomena are accomplished without the changes in the grid topology. The dominant frequency of the simulation is about 125 Hz with T.R.=0.97, while it is 399 Hz with T.R.=0.55.
In this study, low- and high-frequency structure behaviors were identified and a systematic analysis procedure was proposed using noisy GPS data from a 165-m-high tower in ${\dot{I}}stanbul$, Turkey. The raw GPS data contained long- and short-periodic position changes and noisy signals at different frequencies. To extract the significant results from this complex dataset, the general structure and components of the GPS signal were modeled and analyzed in the time and frequency domains. Uncontrolled jumps and deviations involving the signal in the time domain were pre-filtered. Then, the signal was converted to the frequency domain after applying low- and high-pass filters, and the frequency and periodic component values were calculated. The spectrum of the tower motion obtained from the filtered GPS data had dominant peaks at a low frequency of $1.15572{\times}10-4Hz$ and a high frequency of 0.16624 Hz, consistent with two equivalent GPS datasets. Then, the signal was reconstructed using inverse Fourier transform with the dominant low frequency values to obtain filtered and interpretable clean signals. With the proposed sequence, processing of noisy data collected from the GPS receivers mounted very close to the structure is effective in revealing the basic behaviors and features of buildings.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.163-177
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2021
Numerical simulations of the Vortex-Induced Vibration (VIV) about a large-scale flexible pipe subject to shear flow were carried out in this paper. Efficiency verification was performed firstly, validating that the proposed fluid-structure interaction solution strategy is competent in predicting the VIV response. Then, the VIV characteristics related to multi-mode and spanwise hybrid waveform about the flexible pipe attributed to shear flow were investigated. When inflow velocity rises, higher vibration modes are apt to be excited, and the spanwise waveform easily convertes from a standing-wave-dominated status to a hybrid standing-traveling wave status. The multi-mode or even multiple-dominant-mode is prone to occur, that is, the dominant mode is often followed by several apparent subordinate modes with considerable vibration energy. Hence, the shedding frequencies no longer obey Strouhal law, and vibration trajectories become intricate. According to the motion analysis concerning the coupled cross-flow and in-line vibrations, as well as the corresponding wake patterns, a tight coupling interaction exists between the structural deformation and the wake flow behind the flexible pipe. In addition, the evolution of the vortex tube along the pipe span and a strong 3D effect are observed due to the slenderness of the flexible pipe and the variability of the vortex shedding attributed to the shear flow.
This paper presents a systematic approach for estimating fragility curves and damage probability matrices for different frequencies. Fragility curves and damage probability indicate the probabilities that a structure will sustain different degrees of damage at different ground motion levels. The seismic damages are to achieved by probabilistic evaluation because of uncertainty of earthquakes. In contrast to previous approaches, this paper presents a method that is based on nonlinear dynamic analysis of the structure using empirical data. This paper presents the probability of damage as a function of peak ground acceleration and estimates the probability of five damage levels for prestressed concrete (PSC) bridge pier subjected to given ground acceleration. At each level, 100 artificial earthquake motions were generated in terms of soil conditions, and nonlinear time domain analyses was performed for the damage states of PSC bridge pier structures. These damage states are described by displacement ductility resulting from seismic performance based on existing research results. Using the damage states and ground motion parameters, five fragility curves for PSC bridge pier with five types of dominant frequencies were constructed assuming a log-normal distribution. The effect of dominant frequences was found to be significant on fragility curves.
The present study describes flow induced noise generated from a ball valve used for a gas pipeline. Noise generation from a ball valve mainly induces by interference between unstable(or fluctuating) leakage flow and pipe wall when the ball valve is working closed or opened. To measure the positions of the noise source and the amplitude of noise with respect to measuring frequencies, a commercial acoustic camera is introduced. Noise characteristics generated by the ball valve have been performed by four valve opening rates: 30, 50, 70 and 100 percents. It is noted that 100 percent opening rate means that the valve is fully opened. Throughout the experimental measurements using the acoustic camera, the location of the noise source and the noise amplitude with respect to the frequencies for the test ball valve are clearly evaluated. It is found that the dominant frequencies come from the fluctuating flow at the downstream of the ball valve for four opening rates are observed between 3,000Hz and 3,200Hz. Maximum noise amplitude comes from the ball valve reaches 75dB at the valve opening rate of 50 percent.
Kim, Min-Ki;Yoon, Ji-Su;Hwang, Jeong-Jae;Yoon, Young-Bin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.187-199
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2011
The main objective of this study was investigation of natural gas flames in a lean premixed swirl-stabilized dump combustor with an attention focused on the effect of the various fuel-air mixing section geometry on the combustion instability characteristics. The multi-channel dynamic pressure transducers were located on the combustor and inlet mixing section region to observe combustion pressure oscillation and difference phase at each dynamic pressure measurement results. Dynamic pressures were also measured to investigate characteristics of combustion at the same time. The combustor and mixing section length was varied in order to have different acoustic resonance characteristics from 800 to 1800 mm in combustor and 470, 550, 870 mm in mixing section. We observed two dominant instability frequencies in this study. Lower frequencies were obtained at lower equivalence ratio region and it was associated with a fundamental longitudinal mode of combustor length. Higher frequencies were observed in higher equivalence ratio conditions. It was related to secondary longitudinal mode of coupled with the combustor and mixing section. In this instability characteristics, pressure oscillation of mixing section part was larger than pressure oscillation of combustor. As a result, combustion instability was strongly affected by acoustic characteristics of combustor and mixing section geometry.
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