Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.21
no.3
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pp.256-266
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1997
The authors apply the transfer influence coefficient method to the 3. dimensional vibration analysis of beam with multi - joints and formulate a general algorithm to analyse the longitudinal, flexural and torsional coupled forced vibration. In this paper, a structure which is mainly found in the robot arms, cranes and so on, has some crooked parts, subsystems and joints, but has no closed loop in this system. It is modeled as the beam of a distributed mass system with massless translational, rotational and torsional springs in each node, and joint elements of release or roll at node which the displacement vector is discontinuous. The superiority of the present method to the transfer matrix method in the computation accuracy was confirmed from the numerical computation results. Moreover, we confirmed that boundary and intermediate conditions could be controlled by varying the values of the spring constants.
In this paper, the equivalent exciting force caused by electric excitation is derived. By dividing load and displacement vectors into mean values and time-varying ones, the dynamic equations of the system are transformed into linear ones for time-varying portion of the displacements. The analytical equations of the forced time responses of the drive system to electric excitations are obtained. Using the Laplace transformation, the transfer function of the drive system is obtained. These equations are used to analyze the time and frequency responses of the drive system to the electric excitation. It is known that electric excitation can cause forced responses of the drive system, the total dynamic responses are decided by three phase exciting voltages, exciting frequency and natural frequencies of the drive system, and the drive parameters have obvious influence on the time and frequency responses.
This work discusses the numerical analysis, the design and experimental test of the SMA (Shape Memory Alloy) actuator along with its capabilities and limitations. Convection heating and cooling using water actuate the SMA element of the actuator. The fuel such as propane, having a high energy density, is used as the energy source for the SMA actuator in order to increase power and energy density of the system, and thus in order to obviate the need for electrical power supplies such as batteries. The system is composed of a pump, valves, bellows, a heater (burner), control unit and a displacement amplification device. The actuation frequency is compared with the prediction obtained from numerical analysis. For the designed SMA actuator system, the results of numerical analysis were utilized in determining design parameters and operating conditions.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.407-412
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1997
There has been a recent surge of research interest on the smart structure. This paper presents active vibration control scheme of multi-mode forced vibration using piezoceramic sensors/actuators. The control scheme adopted is the Positive Position Feedback control. Among various vibration control techniques, PPF control technique makes use of generalized displacement measurements to accomplish vibration suppression. Two independent controllers are implemented to control the first and the second modes of the beam under external excitation. Experimental results for various damping ratio and feedback gains of the PPF controllers are compared with respect to the control efficiency. The results indicate that steady state vibration under wideband excitation can be controlled effectively when multiple sets of PZT sensors/actuators were used with PPF control technique.
The experimental investigations on the motion characteristics of a marine riser both in air and water were performed. The static deflections and natural frequencies of the riser in air including the effect of static offset, were obtained from the experiment. These results were compared with those of theoretical prediction by using a simple asymptotic formula. In order to investigate the nonlinear motion characteristics of the riser subject to nonlinear viscous drag and large displacement, the forced oscillation tests both in air and water were performed. In the forced oscillation tests in air, it was found that the transverse motion due to geometrical nonlinearity grows when the amplitude of in-line oscillation exceeds a certain critical value, say, order of 1-2 diameters. The planar motions of the riser in water due to vortex shedding and the geometrical nonlinearity were described. Some of these results were also compared with those of theoretical analysis, which uses a numerical perturbation technique based on the derived linear asymptotic solutions, and found to be generally in good agreement.
A numerical approach is presented for the analysis of the forced vibration of a rigid surface foundation with arbitrary shape. In the analysis, the foundation is discretized into a number of sub squaree-lements. The dynamic response within each sub-element is described by the Green's function, which is obtained by the Fourier-Bessel transform and Precise Integration Method (PIM). Incorporating the displacement boundary condition and force equilibrium of the foundation, it obtains a system of linear algebraic equation in terms of the contact forces within each sub-element. Solving the equation leads to the desired dynamic impedance functions of the foundation. Numerical results are obtained for foundation not only with simple geometrical configurations, such as rectangular and circular foundation, but also the case of irregularly shaped foundation. Several comparisons between the proposed approach and other methods are made. Very good agreement is reached. Also, parametric studies are carried out on the dynamic response of foundation. Addressed in this study are the effects of Poisson's ratio, material damping and contact condition of soil-foundation interface. Several conclusions are drawn the significance of the factors.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.609-616
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2001
The vibrational characteristics of nonuniform circular rods have been studied theoretically and experimentally in this paper. The differential equation of torsional motion expressed in terms of the angular displacement has been solved exactly and approximately for a stepped circular rod and for a conically-tapered rod. Solutions of the boundary-value problem have yielded the natural frequencies, mode shapes and forced responses of the rods. The theoretical solutions of forced response have been verified by comparing them with experimental ones.
In the present study, active control of a smart beam under forced vibration is analyzed. The aluminum smart beam is composed of two piezoelectric patches and strain gauge. One of the piezoelectric patches is used as controlling actuator while the other piezoelectric patch is used as vibration generating shaker. The smart beam is harmonically excited by the piezoelectric shaker at its fundamental frequency. The strain gauge is utilized to sense the vibration level. Active vibration reduction under harmonic excitation is achieved using both strain and displacement feedback control. Control actions, the finite element (FE) modeling and analyses are directly carried out by using ANSYS parametric design language (APDL). Experimental applications are performed with LabVIEW. Dynamic behavior at the tip of the beam is evaluated for the uncontrolled and controlled responses. The simulation and experimental results are compared. Good agreement is observed between simulation and experimental results under harmonic excitation.
Keivani, Amirhossein;Shooshtari, Ahmad;Sani, Ahmad Aftabi
Coupled systems mechanics
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v.3
no.4
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pp.385-403
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2014
In this paper, the forced vibration problem of an Euler-Bernoulli beam that is joined with a semi-infinite field of a compressible fluid is considered as a boundary value problem (BVP). This BVP includes two partial differential equations (PDE) and some boundary conditions (BC), which are introduced comprehensively. After that, the closed-form solution of this fluid-structure interaction problem is obtained in the frequency domain. Some mathematical techniques are utilized, and two unknown functions of the BVP, including the beam displacement at each section and the fluid dynamic pressure at all points, are attained. These functions are expressed as an infinite series and evaluated quantitatively for a real example in the results section. In addition, finite element analysis is carried out for comparison.
Mehmet Halil Calim;Omer Faruk Capar;Mehmet Bugra Ozbey;Yavuz Cetin Cuma
Geomechanics and Engineering
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v.39
no.1
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pp.55-72
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2024
This study investigates free and damped vibration behaviours of porous functionally graded shells supported by Winkler-Pasternak foundation, considering different geometries. Utilizing a higher-order shear deformation theory, the displacement field is determined. The equations of motion are formulated using Hamilton's principle, and the solutions are obtained Navier's method employing double Fourier series. Parametric studies regarding the effects of porosity, material distribution, elastic foundation, shell geometry and damping are carried out. Results are given in tabular and graphical form for the free and forced vibration analyses, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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