Explicit design formulae of liquid column vibration absorber (LCVA) for suppressing harmonic vibration of structures with small inherent structural damping are developed in this study. The developed design formulae are also applicable to the design of a tuned mass damper (TMD) and a tuned liquid column damper (TLCD) for damped structures under harmonic force excitation. The optimum parameters of LCVA for suppressing harmonic vibration of undamped structures are first derived. Numerical searching of the optimum parameters of tuned vibration absorber system for suppressing harmonic vibration of damped structure is conducted. Explicit formulae for these optimum parameters are then obtained by a series of curve fitting techniques. The analytical result shows that the control performance of TLCD for reducing harmonic vibration of undamped structure is always better than that of non-uniform LCVA for same mass and length ratios. As for the effects of structural damping on the optimum parameters, it is found that the optimum tuning ratio decreases and the optimum damping ratio increases as the structural damping is increased. Furthermore, the optimum head loss coefficient is inversely proportional to the amplitude of excitation force and increases as the structural damping is increased. Numerical verification of the developed explicit design expressions is also conducted and the developed expressions are demonstrated to be reasonably accurate for design purposes.
This study is focused on the application of the homogenization design method (HDM) to reduce the vibration level of a structure excited by magnetic harmonic farces. This is accomplished by obtaining the optimal material distribution in a design domain to minimize the frequency response caused by the magnetic harmonic excitation. The Maxwell stress method is used to compute the magnetic force and the HDM is applied leer the optimization. The developed method is applied to a simple pole model that is excited by the harmonic bending farce caused by the current around an adjacent stator. Results shows that the HDM is valid to minimize the frequency response.
In this study, the feasibility of vibration-based damage alarming algorithms are numerically evaluated for wind turbine tower structures which are subjected to harmonic force excitation. Firstly, the algorithm of vibration-based damage alarming for the wind turbine tower (WTT) is visited. The natural frequency change, modal assurance criterion (MAC) and frequency-response-ratio assurance criterion (FRRAC) are utilized to recognize changes in dynamic characteristics due to a structural damage. Secondly, a finite element model based on a real wind turbine tower is established in a structural analysis program, Midas FEA. The harmonic force is applied at the rotor level as presence of excitation. Several structural damage scenarios are numerically simulated in segmental joints of the wind turbine model. Finally, the natural frequency change, MAC and FRRAC algorithm are employed to identify the structural damage occurred in the finite element model. The results show that these criteria could be used as promising damage existence indicators for the damage alarming in wind turbine supporting structures.
Ajri, Masoud;Rastgoo, Abbas;Fakhrabadi, Mir Masoud Seyyed
Structural Engineering and Mechanics
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제70권5호
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pp.623-637
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2019
This paper analyzes the non-stationary vibration and super-harmonic resonances in nonlinear dynamic motion of viscoelastic nano-resonators. For this purpose, a new coupled size-dependent model is developed for a plate-shape nano-resonator made of nonlinear viscoelastic material based on modified coupled stress theory. The virtual work induced by viscous forces obtained in the framework of the Leaderman integral for the size-independent and size-dependent stress tensors. With incorporating the size-dependent potential energy, kinetic energy, and an external excitation force work based on Hamilton's principle, the viscous work equation is balanced. The resulting size-dependent viscoelastically coupled equations are solved using the expansion theory, Galerkin method and the fourth-order Runge-Kutta technique. The Hilbert-Huang transform is performed to examine the effects of the viscoelastic parameter and initial excitation values on the nanosystem free vibration. Furthermore, the secondary resonance due to the super-harmonic motions are examined in the form of frequency response, force response, Poincare map, phase portrait and fast Fourier transforms. The results show that the vibration of viscoelastic nanosystem is non-stationary at higher excitation values unlike the elastic ones. In addition, ignoring the small-size effects shifts the secondary resonance, significantly.
Vibration testing is conducted for evaluate the fatigue resistance of responsible system over excitation situations and two kinds of vibration profiles, harmonic or random, are widely used in engineering fields. Harmonic excitation profile is adequate for the rotating machinery that is primarily exposed to the orderly excited force subjected for a rotating speed; Random profile is suitable for the non-stationary vibration input, that is a ground excitation for example. Recently, the sine on random(SOR) testing method was sometimes considered to represent the real excitation conditions since the measured response signals of a target system, expecially for moving mobility, shows usually a mixture of them. So, it is important to understand the accumulated fatigue damage over different excitation patterns, harmonic and/or random, to determine the efficient vibration profile of a target system. A uniaxial vibration testing with a notched simple beam was introduced to evaluate the fatigue damage for different excitation profiles and the best choice of vibration profile was concluded from those comparison of calculated fatigue damages.
Vibration testing is conducted for evaluate the fatigue resistance of responsible system over excitation situations and two kinds of vibration profiles, harmonic or random, are widely used in engineering fields. Harmonic excitation profile is adequate for the rotating machinery that is primarily exposed to the orderly excited force subjected for a rotating speed; Random profile is suitable for the non-stationary vibration input, that is a ground excitation for example. Recently, the sine on random (SOR) testing method was sometimes considered to represent the real excitation conditions since the measured response signals of a target system, expecially for moving mobility, shows usually a mixture of them. So, it is important to understand the accumulated fatigue damage over different excitation patterns, harmonic and/or random, to determine the efficient vibration profile of a target system. A uniaxial vibration testing with a notched simple beam was introduced to evaluate the fatigue damage for different excitation profiles and the best choice of vibration profile was concluded from those comparison of calculated fatigue damages.
An electromagnetic excitation force is caused by the air-gap flux density, which greatly influences the noise and vibration of the motor. In many real projects, skewed slot technology is widely used to reduce the harmonic components of the air-gap flux density to reduce the noise and vibration of the motor. However, a skewed slot has several side effects such as a transverse current and axial drifting. Thus, a double skewed slot rotor is selected with the aim of eliminating these side effects. This paper presents the exact structure of the double skewed slot rotor and the mechanism whereby the electromagnetic excitation force can be reduced. A multi-slice method is adopted to model the special structure. Finite element simulation is used to verify the theory.
The torsional or axial critical vibration of the order coinciding with the number of propeller blades is simultaneously excited by the harmonic tangential or radial forces acting on the crank shaft and by the harmonic of the same order from the propeller. The exciting torque of propeller is relatively small comparing with that of crank side, but the exciting force of propeller rather larger than that of crank shaft. With this situation, the exciting force of propeller cannot neglect if the axial vibration of propulsion shafting is calculated. With the propeller in its optimal angular position, i.e. its excitation effect opposed to that of the engine, the stresses at the critical revolution will largely cancel themselves out. In this paper, a method of optimizing the angular propeller position with regard to torsional and axial vibration is studied. The optimal relative angle is determined theoretically by calculation results of coupled torsional-axial vibration.
In current study, surface/interface effects for pull-in voltage and viscous fluid velocity effects on dimensionless natural frequency (DNF) of fluid-conveying piezoelectric nanosensor (FCPENS) subjected to direct electrostatic voltage DC with nonlinear excitation, harmonic force and also viscoelastic foundation (visco-pasternak medium and structural damping) are investigated using Gurtin-Murdoch surface/interface (GMSIT) theory. For this analysis, Hamilton's principles, the assumed mode method combined with Lagrange-Euler's are used for the governing equations and boundary conditions. The effects of surface/interface parameters of FCPENS such as Lame's constants (λI,S, μI,S), residual stress (τ0I,S), piezoelectric constants (e31psk,e32psk) and mass density (ρI,S) are considered for analysis of dimensionless natural frequency respect to viscous fluid velocity u̅f and pull-in voltage V̅DC.
The combined rotational and translational dynamic vibration absorbers (DVA) with no dampers for the beam vibration control can effectively isolate the vibration within the external excitation force region. This paper investigates the damping efficacy for the combined rotational and translational dynamic vibration absorbers to impose some robustness to the DVA system for the excitation force frequency variation. The beam is assumed to be subjected to a concentrated harmonic excitation force. The solution to the problem is found based on Galerkin method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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