In piezoelectric flexible structures, the contribution of vibration modes to the dynamic response of system may change with the location of piezoelectric actuator patches, which means that the ability of actuators to control vibration modes should be taken into account in the development of modal reduction model. The spatial $H_2$ norm of modes, which serves as a measure of the intensity of modes to system dynamical response, is used to pick up the modes included in the reduction model. Based on the reduction model, the paper develops the state-space representation for uncertain flexible tructures with piezoelectric material as non-collocated actuators/sensors in the modal space, taking into account uncertainties due to modal parameters variation and unmodeled residual modes. In order to suppress the vibration of the structure, a dynamic output feedback control law is designed by imultaneously considering the conflicting performance specifications, such as robust stability, transient response requirement, disturbance rejection, actuator saturation constraints. Based on linear matrix inequality, the vibration control design is converted into a linear convex optimization problem. The simulation results show how the influence of vibration modes on the dynamical response of structure varies with the location of piezoelectric actuators, why the uncertainties should be considered in the reductiom model to avoid exciting high-frequency modes in the non-collcated vibration control, and the possiblity that the conflicting performance specifications are dealt with simultaneously.
In this paper, the optimal extended homotopy analysis method (OEHAM) is introduced to deal with the damped Duffing resonator driven by a van der Pol oscillator, which can be described as a complex Multi-Degree-of-Freedom (MDOF) nonlinear coupling system. Ecumenically, the exact solutions of the MDOF nonlinear coupling systems are difficult to be obtained, thus the development of analytical approximation becomes an effective and meaningful approach to analyze these systems. Compared with traditional perturbation methods, HAM is more valid and available, and has been widely used for nonlinear problems in recent years. Hence, the method will be chosen to study the system in this article. In order to acquire more suitable solutions, we put forward HAM to the OEHAM. For the sake of verifying the accuracy of the above method, a series of comparisons are introduced between the results received by the OEHAM and the numerical integration method. The results in this article demonstrate that the OEHAM is an effective and robust technique for MDOF nonlinear coupling systems. Besides, the presented methods can also be broadly used for various strongly nonlinear MDOF dynamical systems.
A stochastic response spectrum method is proposed for simple evaluation of the structural response of an actively controlled aseismic structure. The response spectrum is constructed assuming a linear structure with an active mass damper (AMD) system, and an earthquake wave model given by the product of a non-stationary envelope function and a stationary Gaussian random process with Kanai-Tajimi power spectral density. The control design is executed using a linear quadratic Gaussian control strategy for an enlarged state space system, and the response amplification factor is given by the combination of the obtained statistical response values and extreme value theory. The response spectrum thus produced can be used for simple dynamical analyses. The response factors obtained by this method for a multi-degree-of-freedom structure are shown to be comparable with those determined by numerical simulations, demonstrating the validity and utility of the proposed technique as a simple design tool. This method is expected to be useful for engineers in the initial design stage for structures with active aseismic control.
As machines become smaller and faster multileaf foil bearings are used to overcome the problems with heat, friction and wear Systems with foil bearings do not need a separate system for lubrication. These bearings are self acting and are therefore green systems. Until now, there have been many studies on the structural and dynamical performances. Therefore the object of the present study is to predict the flow and structural characteristics by using the Fluid/structure interaction method. The increase in RPM led to the increase in pressure, temperature difference, maximum velocity, Mach number, shear stress and torque. In the case of 90,000 RPM effects such as choking led to a non-lineararity in the system. Also the effect of eccentricity ratio was observed and showed that eccentricity increased the maximum pressure and the density difference while decreasing the shear stress and torque.
Multibody system dynamics is based on classical mechanics and its engineering applications originating from mechanisms, gyroscopes, satellites and robots to biomechanics. Multibody system dynamics is characterized by algorithms or formalisms, respectively, ready for computer implementation. As a result simulation and animation are most convenient. Recent developments in multibody dynamics are identified as elastic or flexible systems, respectively, contact and impact problems, and actively controlled systems. Based on the history and recent activities in multibody dynamics, recursive algorithms are introduced and methods for dynamical analysis are presented. Linear and nonlinear engineering systems are analyzed by matrix methods, nonlinear dynamics approaches and simulation techniques. Applications are shown from low frequency vehicles dynamics including comfort and safety requirements to high frequency structural vibrations generating noise and sound, and from controlled limit cycles of mechanisms to periodic nonlinear oscillations of biped walkers. The fields of application are steadily increasing, in particular as multibody dynamics is considered as the basis of mechatronics.
Baldassarre, Alessandro;Ceruti, Alessandro;Valyou, Daniel N.;Marzocca, Pier
Wind and Structures
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제28권5호
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pp.271-284
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2019
This paper describes the application of a novel virtual prototyping methodology to wind turbine blade design. Numeric modelling data and experimental data about turbine blade geometry and structural/dynamical behaviour are combined to obtain an affordable digital twin model useful in reducing the undesirable uncertainties during the entire turbine lifecycle. Moreover, this model can be used to track and predict blade structural changes, due for example to structural damage, and to assess its remaining life. A new interactive and recursive process is proposed. It includes CAD geometry generation and finite element analyses, combined with experimental data gathered from the structural testing of a new generation wind turbine blade. The goal of the research is to show how the unique features of a complex wind turbine blade are considered in the virtual model updating process, fully exploiting the computational capabilities available to the designer in modern engineering. A composite Sandia National Laboratories Blade System Design Study (BSDS) turbine blade is used to exemplify the proposed process. Static, modal and fatigue experimental testing are conducted at Clarkson University Blade Test Facility. A digital model was created and updated to conform to all the information available from experimental testing. When an updated virtual digital model is available the performance of the blade during operation can be assessed with higher confidence.
The frequently excessive vibrations presented in civil structures during seismic events or service conditions may result in users' discomfort, or worst, in structures failure, producing economic and even human casualties. This work contributes in proposing the synthesis of a nonlinear optimal control strategy for semiactive structural control, with the main characteristic that the synthesis considers both the structure model and the semiactive actuator nonlinear dynamics, which produces a nonlinear system that requires a nonlinear controller design. The aim is to reduce the unwanted vibrations in the response of civil structures, by means of intelligent fluid semiactive actuator such as the Magnetorheological Damper (MRD), which is a device with a low level of power consumption. The civil structures for which the proposed control methodology can be applied are those admitting a state-dependent coefficient factorized representation model, such as buildings, bridges, among others. A scaled model of a three storey building is analyzed as a case study, whose dynamical response involves displacement, velocity and acceleration of each one of the storeys, subjected to the North-South component of the September 19th., 2017, Puebla-Morelos (7.1M), Mexico earthquake. The investigation rests on comparing the structural response over time for two different conditions: with no control device installed and with one MRD installed between the first floor and the ground, where a nonlinear optimal signal for the MRD input voltage is determined. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed controller for reducing the building's dynamical response.
동역학의 새로운 변분이론인 혼합 합성 변분이론은 수학물리학을 비롯한 공학에 있어 초기치-경계치 문제해석에 광범위하게 적용될 수 있는 기반을 제공하는 것으로, 본 논문은 이 이론을 토대로 시간에 대한 이차의 형상함수가 적용된 시간 유한요소해석법을 개발하고 그 해석법의 수치특성 확인을 통해 향후 다양한 동적시스템 해석의 적용에 대한 가능성을 살펴보았다. 이를 위해 가장 기본적인 선형탄성의 단자유도계가 고려되었다. 에너지 보존시스템의 경우(비감쇠 시스템에 외력이 작용치 않는 경우), 제안된 알고리즘 모두는 time-step에 관계없이 안정적이며 수치감쇠가 없이 에너지와 모멘텀이 보존되는 symplecticity property를 가지고 있음을 확인할 수 있었고, 감쇠시스템인 경우, time-step이 점점 작아질수록 정확한 해에 빠르게 수렴하는 것을 확인하였다.
철근콘크리트 코어 벽체와 외부 철골골조로 구성된 복합벽체시스템은 중앙 코아 전단벽 주변의 오픈공간을 갖는다. 이와 같은 복합 벽체시스템은 연결된 벽체가 대부분의 횡하중에 저항하고 벽체저면과 커플링 보에서 대부분의 에너지를 소산할 수 있는 설계기법을 개발하는 것이 필요하다. 본 연구논문은 커플링 보의 접합방식 및 층규모를 주변수로 수직하중 및 풍하중과 지진하중을 받는 복합 벽체시스템에 대하여 전단력, 전도모멘트, 최대 횡변위, 층간변위비 및 동적특성을 규명하였다.
The aim of this study was to interpret the structure and dynamics of a transfer shuttle system as a material supply device for small machine tools. The following conclusions were obtained by performing a structural interpretation of the material supply equipment with respect to workload and the dynamical interpretation of a flexible multibody carriage shuttle. When a 1,000-kg workload was applied to a fork lift, the safety factor was approximately 1.86. To conservatively assess the integrity of the structure, a 1,000-kg workload would be proper. In the case of a deflection of the fork system, the width increased with increasing time. The greatest deflection occurred at 5.5 s, which was the largest increase in the time point of the fork system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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