Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.5
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pp.641-648
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2013
A beam is a major load-carrying member in many engineering structures. Beams with properly designed cross sections and stiffeners are required to enhance the structural properties. Such a design may cause various coupling behaviors, and therefore, an accurate analysis is essential for the proper design of beams. In this research, we manufactured box-beams with stiffeners, which mimic the out-of-plane composite bending-shear coupling behavior reported in literature. A modal test is carried out to obtain the dynamic characteristics, such as natural frequencies and mode shapes, of the box-beam. The obtained results are compared with those of 3D FEM, which confirm that the out-of-plane bending-shear coupling behavior reported in literature is possible. The coupling behavior can be controlled by the proper design of the stiffeners.
A novel laminated-hybrid-composite-beam (LHCB) of glass-epoxy infused with flyash and graphene is constructed for this study. The conventional mixture-rule and constitutive-relationship are modified to incorporate filler and lamina orientation. Eringen's non-local-theory is used to include the filler effect. Hamilton's principle based on fifth-order-layer-wise-shear-deformation-theory is applied to formulate the equation of motion. The analogous shear-spring-models for LHCB with multiple-cracks are employed in finite-element-analysis (FEA). Modal-experimentations are conducted (B&K-analyser) and the findings are compared with theoretical and FEA results. In terms of dimensionless relative-natural-frequencies (RNF), the dynamic-response in cantilevered support is investigated for various relative-crack-severities (RCSs) and relative-crack-positions (RCPs). The increase of RCS increases local-flexibility in LHCB thus reductions in RNFs are observed. RCP is found to play an important role, cracks present near the end-support cause an abrupt drop in RNFs. Further, multiple cracks are observed to enhance the nonlinearity of LHCB strength. Introduction of the first to third crack in an intact LHCB results drop of RNFs by 8%, 10%, and 11.5% correspondingly. Also, it is demonstrated that the RNF varies because of the lamina-orientation, and filler addition. For 0° lamina-orientation the RNF is maximum. Similarly, it is studied that the addition of graphene reduces weight and increases the stiffness of LHCB in contrast to the addition of flyash. Additionally, the response of LHCB to moving mass is accessed by appropriately modifying the numerical programs, and it is noted that the successive introduction of the first to ninth crack results in an approximately 40% to 120% increase in the dynamic-amplitude-ratio.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.2
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pp.79-86
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2014
This paper describes an integrity evaluation method for emergency diesel generator(EDG) and rotor part of EDG. EDG is a very important equipment in the nuclear power plant(NPP). EDG supplies electricity to the safety-related equipments for the safety shut down of NPP in an emergency situation of earthquake. The safety of the rotor part of EDG is also important during seismic impact from earthquake. The finite element modelling of the EDG including rotor part was constructed. The modal analysis of EDG was firstly performed. The first natural frequency was calculated and revealed higher than the cutoff frequency of seismic spectrum. Then the stress analysis was done to compare with the allowable stress. The safety of the rotor part was investigated by the finite element analysis of the rotor and journal bearing interaction to find film thickness and critical speed. The seismic load was applied to rotor part in a manner that the load was a weighted static load. Analysis results showed that the maximum stress was within the range of allowable stress and the film thickness is larger than the permissible minimum thickness, and the critical speed was out of the operating speed. Hence, the structural and dynamic integrity of EDG could be confirmed by the numerical analysis method used in this paper. However, dynamic analysis of a rotating rotor and supporting bearing with the seismic impact needs to be investigated in a more rigorous method since the seismic load to the rotating part complicates the behavior of rotating system.
Azad, Muhammad Muzammil;Kim, Dohoon;Khalid, Salman;Kim, Heung Soo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.409-415
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2021
Medical waste management is becoming increasingly important, specifically in light of the current COVID-19 pandemic, as hospitals, clinics, quarantine centers, and medical research institutes are generating tons of medical waste every day. Previously, a traditional incineration process was utilized for managing medical waste, but the lack of landfill sites, and accompanying environmental concerns endanger public health. Consequently, an innovative sterilization shredding system was developed to resolve this problem. In this research, we focused on the design and numerical analysis of a shredding system for hazardous and infectious medical waste, to establish its operational performance. The shredding machine's components were modeled in a CAD application, and finite element analysis (FEA) was conducted using ABAQUS software. Static, fatigue, and dynamic loading conditions were used to analyze the structural stability of the cutting blade. The blade geometry proved to be effective based on the cutting force applied to shred medical waste. The dynamic stability of the structure was verified using modal analysis. Furthermore, an S-N curve was generated using a high cycle fatigue study, to predict the expected life of the cutting blade. Resultantly, an appropriate shredder system was devised to link with a sterilization unit, which could be beneficial in reducing the volume of medical waste and disposal time, thereof, thus eliminating environmental issues, and potential health hazards.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.6
no.4
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pp.353-360
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1982
The determination of the natural frequencies and mode shapes for thin conical shell is an important step not only in the investigation of the dynamic response of the composite structures such as missile cone, mose firings, but also in the analysis of the acoustic behavior of bells. A Rayleigh-Ritz procedure was used to determine the natural frequencies for a certain class of mode shapes of a thin conical shell built in on the edge with the smaller radius and free on the other edge. Both bending and extensional energy are included in the analysis. This paper described the experiments on the two natural frequencies which are present in association with two preferential modal directions, as a result of imperfection of the thin conical shell. Experimental work was conducted on two different bronze conical shells. One of these was specially designed to the effects of the adding distributed mass to the end of the conical shell. The other shells were identical in all dimensions except that of the thickness to the end of the conical shell. In this paper, the effect of a adding mass to a conical shell was investigated. Experimental result was that the magnitude of the natural frequency rate and the increase of depth of beat frequency depend upon the location of adding lumped mass on the surface of the conical shell.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.12
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pp.881-887
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2015
The stiffness and natural frequencies for blades, flexbeam, and torque tube of bearingless rotor system are measured to determine the material input properties such as mass distributions and stiffness distribution for the rotor dynamics and load analysis. The flap stiffness, lag stiffness, and torsional stiffness are calculated by measuring section strain or twist angle, gages position, and applied loads through bending and twist tests. The modal tests are undertaken to find out the natural frequencies for flap, lag, torsion modes in non-rotating conditions. The stiffness values and mass properties are tuned and updated to match prediction frequencies to the measured frequencies. The rotorcraft comprehensive code(CAMRAD II) is used to analyze the natural frequencies of the specimens. The analysis results with the updated material properties agree well with the measured frequencies. The updated properties will be used to analyze the rotor stability, dynamic characteristics and loads for the rotor rotation test in a whirl tower.
The reliability assurance with respect to the test procedure and results of the out-pile mechanical performance test for the nuclear fuel assembly is an essential task to assure the test quality and to get a permission for fuel loading into the commercial reactor core. For the case of vibration test, which is carried out to obtain basic dynamic characteristics of the fuel assembly, proper management and appropriate calibration of instruments and devices used in the test, various efforts to minimize the possible error during the test and signal acquisition process are needed. Additionally, the deep understanding both of the theoretical assumption and simplification cation for the signal processing/modal analysis and of the functions of the devices used in the test were highly required. Finally, to verify the test result to represent the accurate natural characteristics of the structure, the proper correlation analysis between the theoretical and experimental method has to be carried out. In this study, the overall procedure and result of lateral vibration test for the fuel assembly's mechanical characterization were briefly introduced. A series of measures to assure and improve the reliability of the vibration test were discussed.
In this study, free vibration and damping behaviors of multilayered symmetric sandwich beams and single layered beams made of Functionally Graded Materials were investigated, experimentally and numerically. The beams were composed of Aluminum and Silicon Carbide powders and they were produced by powder metallurgy. Three beam models were used in the experiments. The first model was isotropic, homogeneous beams produced by using different mixing ratios. In the second model, the pure metal layers were taken in the middle of the beam and the weight fraction of the ceramic powder of each layer was increased towards to the surfaces of the beam in the thickness direction. In the third model, the pure metal layers were taken in the surfaces of the beam and the weight fraction of the ceramic powder of each layer was increased towards to middle of the beam. Then the vibration tests were performed. Consequently, the effects of stacking sequence and mixing ratio on the natural frequencies and damping responses of functionally graded beams were discussed from the results obtained. Furthermore, the results obtained from the tests were supported with a finite-element-based commercial program, and it was found to be in harmony.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.11-12
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2010
PSC girder with holed web have several benefits. Most of all placing tendon anchorage in the holes can make prestressing forces be loaded stepwise. In addition it can reduce the self-weight of the beams and increase the span length of beams. And holed web might minimize the interference of view. In this study, a 50-meter long full scale multilevel post-tensioned PSC girder was fabricated and modal test was carried out. In order to obtain precise frequency response, vibration exciter was placed at the middle of the girder and excited with several frequencies. Natural frequency and damping ratio were evaluated from FFT and PSD using the obtained frequency response and compared with numerical analysis result.
Lee, Sung-Chil;Feng, Maria Q.;Hong, Seok-Hee;Chung, Young-Soo
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.2
no.2
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pp.91-98
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2008
Curved bridges are important components of a highway transportation network for connecting local roads and highways, but very few data have been collected in terms of their field performance. This paper presents two-years monitoring and system identification results of a curved concrete box-girder bridge, the West St. On-Ramp, under ambient traffic excitations. The authors permanently installed accelerometers on the bridge from the beginning of the bridge life. From the ambient vibration data sets collected over the two years, the element stiffness correction factors for the columns, the girder, and boundary springs were identified using the back-propagation neural network. The results showed that the element stiffness values were nearly 10% different from the initial design values. It was also observed that the traffic conditions heavily influence the dynamic characteristics of this curved bridge. Furthermore, a probability distribution model of the element stiffness was established for long-term monitoring and analysis of the bridge stiffness change.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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