In this paper higher order spectral techniques are applied to some simple mechanical systems. The system studied is the nonlinear magnetic beam. This is a simply supported beam, driven by an electromagnetic shaker. At the free end, pairs of repelling magnets are placed. By varying the position and number of magnets, the nature of the nonlinearity can be changed, be it skewed or symmetric, and by varying the distance between the magnets the strength of the nonlinearity can also be altered. Using this controllable system, auto higher order spectral methods are applied, assuming only a knowledge of an output signal.
Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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제13권4호
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
The nonlinear damping force model is made to identify the properties of the ER (electro-rheological) fluid suspension damper. The instrumentation is carried out to measure the damping force of the ER damper. The higher order spectral analysis method is used to investigate the nonlinear frequency coupling phenomena with the damping force signal according to the sinusoidal excitation of the damper. The distinctive higher order nonlinear characteristics are observed. The nonlinear damping force model, which has the higher order velocity terms, is proposed with the result of higher order spectrum analysis. The higher order terms coefficients, which vary according to the strength of the electric field, are calculated using the least square method.
원자로의 구조적 건전성을 확보하고 사고를 미연에 방지하기 위해서 중성자 잡음 신호를 이용한 진동 감시에는 주기성 도표(periodogram), 평균주기성도표(averaged periodobram), Blackman-Tukey 스펙트럼 추정 등을 이용하고 있으나 본 논문에서는 통계적인 비편향성(unbaised), 일치성(consistency), 효율성(efficiency), 충족성(minimum lower bound)을 고려한 파라미터 모델링 방법 중 AR 모델을 이용하여 원자로 구조물의 최적의 파라미터를 추정하고 진동 감시에 필요한 스펙트럼 분석의 해상도를 높였다. 특히 논문에서는 차수 선정에서 AR 모델의 적절한 차수선정(order selection)을 위하여 자기상관의 lag value을 이용하였다. AR 방법중 Burg 방법이 원자로 구조물의 고유진동수를 추적하는데 가장 효과적이다.
The hydropneumatic suspension units, which have applied to the tracked vehicles, have the spring and damping function in the unit. The nonlinear characteristics such as roadwheel rotation effects, gas behavior changes, hydraulic damping characteristics, hysterisis, and frictional forces have been ignored or simplified to analyze the mathematical models in many areas. This study describes the dynamic characteristics and the nonlinear behaviors of hydropneumatic suspension unit considering the nonlinear effects such as the nonlinear spring and nonlinear damping through the simulation and the experiment. The utility of nonlinear analysis through the higher-order spectral analysis is also presented.
Turbulence is a crucial component of dynamics of astrophysical fluids dynamics, including those of ISM, clusters of galaxies and circumstellar regions. Doppler shifted spectral lines provide a unique source of information on turbulent velocities. We discuss Velocity-Channel Analysis (VCA) and its offspring Velocity Coordinate Spectrum (VCS) that are based on the analytical description of the spectral line statistics. Those techniques are well suited for studies of supersonic turbulence. We stress that a great advantage of VCS is that it does not necessary require good spatial resolution. Addressing the studies of mildly supersonic and subsonic turbulence we discuss the criterion that allows to determine whether Velocity Centroids are dominated by density or velocity. We briefly discuss ways of going beyond power spectra by using of higher order correlations as well as genus analysis. We outline the relation between Spectral Correlation Functions and the statistics available through VCA and VCS.
The normalised version of bispectrum, the so-called bicoherence, has often proved a reliable method of damage detection on engineering applications. Indeed, higher-order spectral analysis (HOSA) has the advantage of being able to detect non-linearity in the structural dynamic response while being insensitive to ambient vibrations. Skewness in the response may be easily spotted and related to damage conditions, as the majority of common faults and cracks shows bilinear effects. The present study tries to extend the application of HOSA to damage localisation, resorting to a neural network based classification algorithm. In order to validate the approach, a non-linear finite element model of a 4-meters-long cantilever beam has been built. This model could be seen as a first generic concept of more complex structural systems, such as aircraft wings, wind turbine blades, etc. The main aim of the study is to train a Neural Network (NN) able to classify different damage locations, when fed with bispectra. These are computed using the dynamic response of the FE nonlinear model to random noise excitation.
Cooperative diversity protocols have attracted a great deal of attention since they are thought to be capable of providing diversity multiplexing tradeoff among single antenna wireless devices. In the high signal-to-noise ratio (SNR) region, cooperation is rarely required; hence, the spectral efficiency of the cooperative protocol can be improved by applying a proper cooperation selection technique. In this paper, we present a simple "cooperation selection" technique based on instantaneous channel measurement to improve the spectral efficiency of cooperative protocols. We show that the same instantaneous channel measurement can also be used for relay selection. In this paper two protocols are proposed-proactive and reactive; the selection of one of these protocols depends on whether the decision of cooperation selection is made before or after the transmission of the source. These protocols can successfully select cooperation along with the best relay from a set of available M relays. If the instantaneous source-to-destination channel is strong enough to support the system requirements, then the source simply transmits to the destination as a noncooperative direct transmission; otherwise, a cooperative transmission with the help of the selected best relay is chosen by the system. Analysis and simulation results show that these protocols can achieve higher order diversity with improved spectral efficiency, i.e., a higher diversity-multiplexing tradeoff in a slow-fading environment.
Yarramsetty, Poorna Chandra Rao;Domala, Vamshikrishna;Poluraju, P.;Sharma, R.
Ocean Systems Engineering
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제9권3호
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pp.219-240
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2019
This paper presents the comparison between SFT response with linear and nonlinear cables. The dynamic response analysis of submerged floating tunnel (SFT) is presented computationally with linear and nonlinear tension legs cables. The analysis is performed computationally for two wave directions one at 90 degrees (perpendicular) to tunnel and other at 45 degrees to the tunnel. The tension legs or cables are assumed as linear and non- linear and the analysis is also performed by assuming one tension leg or cable is failed. The Response Amplitude Operators (RAO's) are computed for first order waves, second order waves for both failure and non-failure case of cables. For first order waves- the SFT response is higher for sway and heave degree of freedom with nonlinear cables as compared with linear cables. For second order waves the SFT response in sway degree of freedom is bit higher response with linear cables as compared with nonlinear cables and the SFT in heave degree of freedom has higher response at low time periods with nonlinear cables as compared with linear cables. For irregular waves the power spectral densities (PSD's) has been computed for sway and heave degrees of freedom, at $45^0$ wave direction PSD's are higher with linear cables as compared with nonlinear cables and at $90^0$ wave direction the PSD's are higher with non-linear cables. The mooring force responses are also computed in y and z directions for linear and nonlinear cables.
During thirty years, deterministic chaos has moved center stage in many areas of applied mathematics. One important stimulus for this, particularly in the early 1970s, was work on nonlinear aspects of the dynamics of plant and animal populations. There are many situations, at least to a crude first approximation, by a simple first-order difference equation. Past studies have shown that such equations, even though simple and deterministic, can exhibit a surprising array of dynamical behavior, from stable points, to a bifurcating hierarchy of stable cycles, to apparently random fluctuations. But higher-order spectral analyses of such behavior are usually not considered. Higher-order spectra of a signal contain important information that is not present in its power spectrum. So, if we find the spectral pattern and get information from it, it will be able to be used effectively in so many fields. Hence, this paper uses auto bicoherence and bicoherence residue which are sort of bispectrum. Applying these to behavior of logistic difference equation, which is typical chaotic signal, the phenomenon of phase coupling and the appearance of frequency band can be analyzed. Such information means that bispectral analysis is useful to detect nonlinearity of signal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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