The interaction between a vibrating structure and a surrounding acoustic medium determines the acoustic power propagating into the far-field. A straightforward method to reduce the radiated power is to reduce the vibration of the structure. However it is more efficient to control the modes of the structure separately since each vibration mode of the structure has different radiation efficiency. An efficient method to reduce the sound radiation in the low frequency region is proposed by reducing the radiation efficiency of the structure. Numerical simulations are carried out for a simply-supported beam in which the feed-forward control is applied to reduce the volume velocity of each structural mode. This method is found to be very efficient in reducing low frequency sound radiation.
Lakshmanan, N.;Gopalakrishnan, N.;Rama Rao, G.V.;Sathish kumar, K.
Geomechanics and Engineering
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v.1
no.2
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pp.121-142
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2009
The paper deals with the applications of spectral finite element method to the dynamic analysis of framed foundations supporting high speed machines. Comparative performance of approximate dynamic stiffness methods formulated using static stiffness and lumped or consistent or average mass matrices with the exact spectral finite element for a three dimensional Euler-Bernoulli beam element is presented. The convergence of response computed using mode superposition method with the appropriate dynamic stiffness method as the number of modes increase is illustrated. Frequency proportional discretisation level required for mode superposition and approximate dynamic stiffness methods is outlined. It is reiterated that the results of exact dynamic stiffness method are invariant with reference to the discretisation level. The Eigen-frequencies of the system are evaluated using William-Wittrick algorithm and Sturm number generation in the $LDL^T$ decomposition of the real part of the dynamic stiffness matrix, as they cannot be explicitly evaluated. Major's method for dynamic analysis of machine supporting structures is modified and the plane frames are replaced with springs of exact dynamic stiffness and dynamically flexible longitudinal frames. Results of the analysis are compared with exact values. The possible simplifications that could be introduced for a typical machine induced excitation on a framed structure are illustrated and the developed program is modified to account for dynamic constraint equations with a master slave degree of freedom (DOF) option.
Kim, Hyun-Gi;Cho, Maeng-Hyo;Kim, Hyuk;Choi, Hyoung-Gil;Choi, Jae-Rack
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1062-1069
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2006
Reduction schemes approximate the lower eigenvalues that represent the global behavior of the structures. But, they are not efficient to be applied to large-scaled problems because these schemes require considerable amount of computing time in constructing reduced one from the original large-scaled systems. In addition, the selection of the primary degrees of freedom might be localized to cause the excessive emphasis of the lower mode or lost of the important modes. In the present study, a new reduction method combined with the subdomain method is proposed. For the construction of the final reduced system the system of each domain subdivided into primary, slave and interface degrees of freedom. It is remarkably efficient and accurate comparable to full-scale system. Numerical examples demonstrate that the proposed method saves computational cost effectively and provides a reduced system which predicts accurate eigen-pairs of global system.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.274-275
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2006
A linear ultrasonic motor was designed by a combination of the longitudinal and bending mode. Linear ultrasonic motors are based on an elliptical motion on the surface of elastic body, such as bar or plates. The corresponding eigen-mode of one resonance frequency can be excited twice at the same time with a phase shift of 90 degrees in space and time. That is excite symmetric and anti-symmetric modes. Then it determines the thrust and speed of the motor. Linear ultrasonic motors are investigated experimentally in according to be fabricated a general classification to motor structure and material characteristic. There was the first to simulate as use of finite element analysis ANSYS 9.0. The AL-T2W8-ARM14-LEG18-ANGLE80 motor has a maxim efficiency 17 [%] under the speed 0.14 [m/s], thrust 345 [gf] and preload 280 [gf], operating frequency is 57.6 [kHz].
This paper aims to investigate vibration frequency decrease (vibration period elongation) of reinforced concrete (RC) structure with unreinforced infill wall and reinforced infill wall exposed to progressively increased artificial earthquake load on shaking table. For this purpose, two shaking table experiments were selected as a case study. Shaking table experiments were carried on 1:1 scaled prototype one bay one storey RC structure with infill walls. The purpose of this shaking table experiment sequence is to assess local behavior and progressive collapse mechanism. Frequency decrease and eigen-vector evolution are directly related to in-plane and out-of-plane bearing capacities of infill wall enclosure with reinforced concrete frame. Firstly, frequency decrease-damage relationship was evaluated on the base of experiment results. Then, frequency decrease and stiffness degradation were evaluated with applied Peak Ground Acceleration (PGA) by considering strength deterioration. Lastly, eigenvector evolution-local damage and eigenvector evolution-frequency decrease relationship was investigated. Five modes were considered while evaluating damage and frequency decrease of the tested specimens. The relationship between frequency decrease, stiffness degradation and damage level were presented while comparing with Unreinforced Brick Infill (URB) and Reinforced Infill wall with Bed Joint Reinforcement (BJR) on the base of natural vibration frequency.
The time-domain solution from the Kirchhoff integral equation for an exterior problem is not unique at certain eigen-frequencies associated with the fictitious internal modes as happening in frequency-domain analysis. One of the solution methods is the CHIEF (Combined Helmholtz Integral Equation Formulation) approach, which is based on employing additional zero-pressure constraints at some interior points inside the body. Although this method has been widely used in frequency-domain boundary element method due to its simplicity, it was not used in time-domain analysis. In this work, the CHIEF approach is formulated appropriately for time-domain acoustic boundary element method by constraining the unknown surface pressure distribution at the current time, which was obtained by setting the pressure at the interior point to be zero considering the shortest retarded time between boundary nodes and interior point. Sound radiation of a pulsating sphere was used as a test example. By applying the CHIEF method, the low-order fictitious modes could be damped down satisfactorily, thus solving the non-uniqueness problem. However, it was observed that the instability due to high-order fictitious modes, which were beyond the effective frequency, was increased.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.3
s.96
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pp.251-258
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2005
The free vibration of a spinning flexible disk-spindle system supported by hydro dynamic bearings (HDB) in an HDD is analyzed by FEM. The spinning flexible disk is described using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. It is discretized by annular sector element. The rotating spindle which includes the clamp, hub, permanent magnet and yoke, is modeled by Timoshenko beam including the gyroscopic effect. The flexible supporting structure with a complex shape which includes stator core, housing, base plate, sleeve and thrust pad is modeled by using a 4-node tetrahedron element with rotational degrees of freedom to satisfy the geometric compatibility. The dynamic coefficients of HDB are calculated from the HDB analysis program, which solves the perturbed Reynolds equation using FEM. Introducing the virtual nodes and the rigid link constraints defined in the center of HDB, beam elements of the shaft are connected to the solid elements of the sleeve and thrust pad through the spring and damper element. The global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to the state-space matrix-vector equation, and the associated eigen value problem is solved by using the restarted Arnoldi iteration method. The validity of this research is verified by comparing the numerical results of the natural frequencies with the experimental ones. Also the effect of supporting structures to the natural modes of the total HDD system is rigorously analyzed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.619-628
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2002
This paper deals with the FE analysis for the free vibration of sloshing in horizontal cylindrical tank with baffles. We use Laplace equation based on potential theory as governing equation. This problem is solved by FEM using lineal isoparametric elements. We assume that the tank as well as baffles is rigid body and by separating nodes into two at the baffle location, baffle effect is obtained by separating nodes into two at the baffle location. For the calculation of natural frequencies and mode shapes, we introduce Lanczos transformation and Jacobi iteration methods. Numerical results of the first longitudinal and transverse modes, while comparing with literature cited, are very good. In order for the baffle effects on the free vibration of sloshing, various combinations of baffle parameters, which are location, inner diameter and number, are examined.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.3
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pp.281-285
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2008
Eigenvalue reduction schemes approximate the lower eigenmodes that represent the global behavior of the structures. In the previous study, we proposed a two-level condensation scheme (TLCS) for the construction of a reduced system. And we have improved previous TLCS with combination of the iterated improved reduced system method (IIRS) to increase accuracy of the higher modes intermediate range. In this study, we apply previous improved TLCS to multi-level sub-structuring scheme. In the first step, the global system is recursively partitioned into a hierarchy of sub-domain. In second step, each uncoupled sub-domain is condensed by the improved TLCS. After assembly process of each reduced sub-eigenvalue problem, eigen-solution is calculated by Lanczos method (ARPACK). Finally, Numerical examples demonstrate performance of proposed method.
A pattern of tropical cyclone (TC) movement in the western North Pacific area was studied using the empirical orthogonal function (EOF) and the best track data from 1951 to 2007. The independent variable used in this study was defined as the frequency of tropical cyclone passage in 5 by 5 degree grid. The $1^{st}$, $2^{nd}$ and $3^{rd}$ modes were the east-west, north-south and diagonal variation patterns. Based on the time series of each component, the signs of first and second mode changed in 1997 and 1991, respectively, which seems to be related to the fact that the passage frequency was higher in the South China Sea for 20 years before 1990s, and recent 20 years in the East Asian area. When the eigen vectors were negative values in the first and second modes and TC moves into the western North Pacific, TC was formed mainly at the east side relatively compared to the case of the positive eigen vectors. The first mode seems to relate to the pressure pattern at the south of Lake Baikal, the second mode the variation pattern around $30^{\circ}N$, and the third mode the pressure pattern around Japan. The first mode was also closely related to the ENSO and negatively related to the $Ni\tilde{n}o$-3.4 index in the correlation analysis with SST anomalies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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