Ultrasonic guided wave testing is a very promising non-destructive testing method for rails, which is of great significance for ensuring the safe operation of railways. On the basis of the semi-analytical finite element (SAFE) method, a analytical model of 59R2 grooved rail was proposed, which is commonly used in the ballastless track of modern tram. The dispersion curves of ultrasonic guided waves in free rail and supported rail were obtained. Sensitivity analysis was then undertaken to evaluate the effect of rail elastic modulus on the phase velocity and group velocity dispersion curves of ultrasonic guided waves. The optimal guided wave mode, optimal excitation point and excitation direction suitable for detecting rail integrity were identified by analyzing the frequency, number of modes, and mode shapes. A sinusoidal signal modulated by a Hanning window with a center frequency of 25 kHz was used as the excitation source, and the propagation characteristics of high-frequency ultrasonic guided waves in the rail were obtained. The results show that the rail pad has a relatively little influence on the dispersion curves of ultrasonic guided waves in the high frequency band, and has a relatively large influence on the dispersion curves of ultrasonic guided waves in the low frequency band below 4 kHz. The rail elastic modulus has significant influence on the phase velocity in the high frequency band, while the group velocity is greatly affected by the rail elastic modulus in the low frequency band.
This paper deals with damage detection using a Gapped Smoothing Method (GSM) combined with deep learning. Convolutional Neural Network (CNN) is a model of deep learning. CNN has an input layer, an output layer, and a number of hidden layers that consist of convolutional layers. The input layer is a tensor with shape (number of images) × (image width) × (image height) × (image depth). An activation function is applied each time to this tensor passing through a hidden layer and the last layer is the fully connected layer. After the fully connected layer, the output layer, which is the final layer, is predicted by CNN. In this paper, a complete machine learning system is introduced. The training data was taken from a Finite Element (FE) model. The input images are the contour plots of curvature gapped smooth damage index. A free-free beam is used as a case study. In the first step, the FE model of the beam was used to generate data. The collected data were then divided into two parts, i.e. 70% for training and 30% for validation. In the second step, the proposed CNN was trained using training data and then validated using available data. Furthermore, a vibration experiment on steel damaged beam in free-free support condition was carried out in the laboratory to test the method. A total number of 15 accelerometers were set up to measure the mode shapes and calculate the curvature gapped smooth of the damaged beam. Two scenarios were introduced with different severities of the damage. The results showed that the trained CNN was successful in detecting the location as well as the severity of the damage in the experimental damaged beam.
This paper presented an experimental modal analysis of clamped perforated rectangular plates submerged in water. The penetration of holes in the plates had a triangular pattern with P/D (pitch to diameter) 1.750, 2.125, 2.500, 3.000 and 3.750. The natural frequencies of the perforated plates in air were obtained by the Rayleigh-Ritz method and compared with the experimental results. Good agreement was obtained between the analytical solution and experimental result. The experimental results in water showed that the mode shapes are not sensitive to the depth of submergence. The natural frequencies were shown to decrease drastically once the perforated plates come in contact with water. However, the natural frequencies decrease with the depth of submergence until a certain depth is reached, and become the asymptotic values beyond this depth of submergence. The depth of submergence did not affect the damping ratio greatly.
During the past decade, many electrical transmission tower structures have failed during downburst events. This study is a part of a research program aimed to understand the behaviour of transmission lines under such localized wind events. The present study focuses on the assessment of the dynamic behaviour of the line conductors under downburst loading. A non-linear numerical model, accounting for large deformations and the effect of pretension loading, is developed and used to predict the natural frequencies and mode shapes of conductors at various loading stages. A turbulence signal is extracted from a set of full-scale data. It is added to the mean component of the downburst wind field previously evaluated from a CFD analysis. Dynamic analysis is performed using various downburst configurations. The study reveals that the response is affected by the background component, while the resonant component turns to be negligible due large aerodynamic damping of the conductors.
In this study, the natural frequencies of the perforated square plate with a square penetration pattern are obtained as a function of ligament efficiency using the commercial finite-element analysis code ANSYS. In addition, they are used to extract the effective modulus of elasticity under an assumption of a constant Poisson's ratio. The effective modulus of elasticity of the fully perforated square plate is applied to the modal analysis of a partially perforated square plate using a homogeneous finite-element analysis model. The natural frequencies and the corresponding mode shapes of the homogeneous model are compared with the results of the detailed finite-element analysis model of the partially perforated square plate to check the validity of the effective modulus of elasticity. In addition, the theoretical method to calculate the natural frequencies of a partially perforated square plate with fixed edges is suggested according to the Rayleigh-Ritz method.
Kim, H.S.;Lee, Y.S.;Yang, M.S.;Choi, M.H.;Ryu, C.H.
Proceedings of the KSME Conference
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2000.04a
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pp.242-247
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2000
In this study, the Rayleigh's energy method and the Rayleigh-Ritz method on the basis of Flugge's shell theory was used to analyze the dynamic characteristics of the scroll compressor housing with clamped boundary condition. The frequencies and mode shapes from theoretical calculation were compared with those of commercial finite element code, ANSYS. In order to validate the theory, modal test was also performed by impact test and FFT analysis.
Park, Suhn;Jeong, Kyeong-Hoon;Kim, Tae-Wan;Kim, Kang-Soo;Park, Keun-Bae
Nuclear Engineering and Technology
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v.30
no.5
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pp.416-423
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1998
Many studies for the perforated plates have been done, especially on the subject of static behavior and stress distribution in the plate. Equivalent elastic properties are one of the successive concepts for this problem. However little effort was taken to get their dynamic characteristics. In this paper finite element modal analysis was performed for the perforated plates having square and triangular hole patterns. An attempt to use existing equivalent elastic properties into the modal analysis of the plate was carried out. To verify feasibility of the finite element models, modal test was also performed on one typical perforated plate. System parameters such as natural frequencies and mode shapes were extracted and compared with the analysis results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.3
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pp.167-176
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1999
This paper is concerned with the damage detection of existing 2 and 3-dimensional truss structures based on free vibration equation and extended Kalman filter. The local damage is characterized in terms of the stiffness degradation of damaged members. As the observed data, the natural frequencies and mode shapes of damaged truss structure model are adopted. Both location and stiffness of damaged parts of members in truss structures can be estimated by the proposed inverse solution procedure. The applicability and effectiveness of proposed inverse solution procedure are demonstrated through the numerical examples.
The paper describes the vibration and stability of tapered beams on two-parameter elastic foundations. The two-parameter elastic foundations are constructed by distributed Winkler springs and a shearing layer as of ten used in soil models. The shear deformation and the rotatory inertia of a beam are taken into account. Governing equations are derived from energy expressions using Hamilton\`s principle. The associated eigenvalue problems are solved to obtain the free vibration frequencies or the buckling loads. Numerical results for the vibration of a beam with an axial force are presented and compared when other solutions are available. Vibration frequencies, mode shapes, and critical forces of a tapered Timoshenko beam on elastic foundations under an axial force are investigated for various thickness ratios, shear foundation parameters, Winkler foundation parameters and boundary conditions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.11
no.5
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pp.89-100
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2001
The Ritz method Is applied In a three-dimensional (3-D) analysis to obtain accurate frequencies for thick. linearly tapered. annular plates. The method is formulated for annular plates haying any combination of free or fixed boundaries at both Inner and outer edges. Admissible functions for the three displacement components are chosen as trigonometric functions in the circumferential co-ordinate. and a1gebraic polynomials in the radial and thickness co-ordinates. Upper bound convergence of the non-dimensional frequencies to the exact values within at least four significant figures is demonstrated. Comparisons of results for annular plates with linearly varying thickness are made with ones obtained by others using 2-D classical thin place theory. Extensive and accurate ( four significant figures ) frequencies are presented 7or completely free. thick, linearly tapered annular plates haying ratios of average place thickness to difference between outer radius (a) and inner radius (b) radios (h$_{m}$/L) of 0.1 and 0.2 for b/L=0.2 and 0.5. All 3-D modes are included in the analyses : e.g., flexural, thickness-shear. In-plane stretching, and torsional. Because frequency data liven is exact 7o a\ulcorner least four digits. It is benchmark data against which the results from other methods (e.g.. 2-D 7hick plate theory, finite element methods. finite difference methods) and may be compared. Throughout this work, Poisson\`s ratio $\upsilon$ is fixed at 0.3 for numerical calculations.s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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