A new theory of weightless sagging planer elasto-flexible cables under point loads is developed earlier by the authors and used for predicting the nonlinear dynamic response of cable-suspended linear elastic beams. However, this theory is not valid for nonlinear elastic cracked concrete beams possessing different positive and negative flexural rigidity. In the present paper, the flexural response of simply supported cracked concrete beams suspended from cables by two hangers is presented. Following a procedure established earlier, rate-type constitutive equations and third order nonlinear differential equations of motion for the structures undergoing small elastic displacements are derived. Upon general quasi-static loading, negative nodal forces, moments and support reactions may be introduced in the cable-suspended concrete beams and linear modal frequencies may abruptly change. Subharmonic resonances are predicted under harmonic loading. Uncoupling of the nodal response is proposed as a more general criterion of crossover phenomenon. Significance of the bilinearity ratio of the concrete beam and elasto-configurational displacements of the cable for the structural response is brought out. The relevance of the proposed theory for the analysis and the design of the cable-suspended bridges is critically evaluated.
Kim, Dong-Woohn;Lee, Jin-Koo;Park, No-Cheol;Park, Young-Pil
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.5
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pp.679-690
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2003
As the rate of increase in areal density of the HDD has accelerated, dynamic characteristics of the HDD actuator need to be improved with respect to the performance of the tracking servo and shock transmission. Therefore, it is important to analyze the vibration characteristic of the HDD actuator that consists of the VCM part, E-block and pivot bearing. In this paper, vibration modes of the HDD actuator are investigated the using finite element and experimental modal analyses methods. To develop a detailed finite element model, finite element models of each components of the actuator assembly are constructed and tuned to the results of the EMA. The VCM coil is modeled as an equivalent finite element model that has an orthotropic material property using auto-model updating program. Auto-model updating program with improved sensitivity based iterative method is applied to build a detailed finite element model using the result of the EMA. A detailed finite element model of the HDD actuator is then constructed and analyzed.
A bimorph piezoelectric energy harvester is developed for harvesting energy under the vortex induced vibration and it is integrated to a host structure of a trapezoidal plate without changing its passive dynamic properties. It is aimed to select trapezoidal plate as similar to a vertical fin-like structure which could be a part of an air vehicle. The designed energy harvester consists of an aluminum beam and two identical multi fiber composite (MFC) piezoelectric patches. In order to understand the dynamic characteristic of the trapezoidal plate, finite element analysis is performed and it is validated through an experimental study. The bimorph piezoelectric energy harvester is then integrated to the trapezoidal plate at the most convenient location with minimal structural displacement. The finite element model is constructed for the new combined structure in ANSYS Workbench 14.0 and the analyses performed on this particular model are then validated via experimental techniques. Finally, the energy harvesting performance of the bimorph piezoelectric energy harvester attached to the trapezoidal plate is also investigated through wind tunnel tests under the air load and the obtained results indicate that the system is a viable one for harvesting reasonable amount of energy.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.2
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pp.129-136
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2005
The vehicle loading test under the strict traffic control is generally carried out as a present practice in an evaluation process of the bearing capacity of a bridge. The quasi-static load test is recently proposed to mitigate the traffic condition of test, and analyze the disturbed acceleration time-history data of free vibration due to the ambient traffic on the bridge by Fourier transform to calculate only the natural frequencies of the bridge. The calculated frequencies have some errors due to the analysis technique as well as the influence of ambient traffic loads, and in addition to it is cumbersome to obtain the free vibration data during a quasi-static load test. In this study, the wavelet transform technique using Morlet wavelet is used to analyze the acceleration data recorded during a quasi-static load test on a bridge and calculate the natural frequencies and the modal damping ratios of the bridge. The study results show that the wavelet transform technique is a reliable and reasonable method to analyze test data and obtain the natural frequencies and the modal damping ratios of a bridge regardless of the data types i.e. free or forced vibrations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.9-15
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2010
In this paper, dynamic modeling of hull structure including surface-bonded piezoelectric composite actuator was developed and structural vibration control performance was evaluated. Cylindrical shell structure with end-caps was considered as a host structure which could be used as a simple model of fuselage of aircraft and underwater vehicles. An advanced piezoelectric composite, macro-fiber composite(MFC), which has been developed in NASA Langley Research Center was applied for the effective structural vibration control. MFC has great flexibility by using piezoceramic fiber sheet and enhanced piezoelectric effect for in-plane motion by utilizing interdigitated electrode. Governing Equations were derived from the finite element model and modal characteristics were investigated. Modal test was conducted to verify the finite element model. Optimal controller was designed and implemented for the evaluation of vibration control performance. Structural vibration was controlled effectively by applying proper control input to the piezoelectric actuators.
In the present study, the various dynamic properties of MWCNT embedded fiber reinforced polymer uniform and tapered composite (MWCNT-FRP) plates are investigated. Various configurations of a tapered composite plate with ply-drop off and uniform composite plate have been considered for the development of the finite element formulation and experimental investigations. First order shear deformation theory (FSDT) has been used to derive the kinetic and potential energy equations of the hybrid composite plates by including the effect of rotary inertia, shear deformation and non-uniformity in thickness of the plate. The governing equations of motion of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement are derived by considering a nine- node rectangular element with five degrees of freedom (DOF) at each node. The effectiveness of the developed finite element formulation has been demonstrated by comparing the natural frequencies and damping ratio of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement obtained experimentally. Various parametric studies are also performed to study the effect of CNT volume fraction and CNT aspect ratio of the composite plate on the natural frequencies of different configurations of CNT reinforced hybrid composite plates. Further the forced vibration analysis is performed to compare the dynamic response of the various configurations of MWCNT-GFRP composite plate with GFRP composite plate under harmonic excitations. It was observed that the fundamental natural frequency and damping ratio of the GFRP composite plate increase approximately 8% and 37% respectively with 0.5wt% reinforcement of MWCNT under CFCF boundary condition. The natural frequencies of MWCNT-GFRP hybrid composite plates tend to decrease with the increase of MWCNT volume fraction beyond 2% due to agglomeration of CNT's. It is also observed that the aspect ratio of the CNT has negligible effect on the improvement of dynamics properties due to randomly orientation of CNT's.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.5
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pp.872-880
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2002
The finite element analysis is frequently used to predict dynamic responses of complex structures. Since the predicted responses often differ from experimentally measured ones, updating of the finite element models is performed to make the finite element results agree with the measured ones. Among several model updating methods, one is to use FRF(frequency response function) data without a modal analysis. This paper investigates characteristics of the model updating method in order to improve the method. The investigation is focused on how to obtain FRFs for unmeasured rotational displacements and how to consider damping. For the investigation simulated data and experimental data for a cantilever beam are used.
Kim, Jin-Woo;Yang, Jae-Cheol;Heo, Min-Woong;Kim, Dae-Sik;Kim, Ho-Soon
Proceedings of the KSR Conference
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2011.10a
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pp.649-655
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2011
In this paper, the content to carry out the modal testing and to analyze the data as the target of the main transformer installed on KTX is mentioned. The main transformer for KTX is a structure which is over 10 Ton. For the possibility to occur a stress concentration phenomenon exists, the dynamic durability of the system is experimentally needed to understand. To do this, we obtained the vibration data using an accelerometer, an impact hammer, a measuring instrument and gained the frequency response function of the main transformer based on the acquisition data. In this content, when the theoretical model for structural analysis should be established, we think it will be used for the property verification of analytical model. Also, we expect that the measured and analysed data will offer basic research material to maintain the system and diagnose the condition by monitoring the natural frequency of the main transformer for KTX periodically.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.8
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pp.1311-1321
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1997
In multibody dynamics, differential and algebraic equations which can satisfy both equation of motion and kinematic constraint equation should be solved. To solve these equations, coordinate partitioning method and constraint stabilization method are commonly used. In the coordinate partitioning method, the coordinates are divided into independent and dependent and coordinates. The most typical coordinate partitioning method are LU decomposition, QR decomposition, and SVD (singular value decomposition). The objective of this research is to find an efficient coordinate partitioning method in the dynamic analysis of flexible multibody systems. Comparing two coordinate partitioning methods, i.e. LU and QR decomposition in the flexible multibody systems, a new hybrid coordinate partitioning method is suggested for the flexible multibody analysis.
Dynamic characteristic of CD/DVD deck for vehicle is analyzed in this paper. Generally CD/DVD deck for vehicle is used from inferior environment with the vibration of the vehicle and shock of outside and so on. Therefore it must have the structure which is stabilized from the vibration to prevent read error. For this purpose, vibration characteristic of the deck for vehicle should be identified. To analyze characteristic of the deck system, we perform the signal analysis and modal testing using the FFT analyzer. Also we change the design factor degrading the performance of the deck system and verify the efficiency improvement using the acceleration measurement occurring to the sound discontinuation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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