In this study, vibration tests are performed on cantilevered and clamped-clamped laminated composite rectangular plates using experimental modal analysis technique. The damages are simulated by applying progressive line cracks to the laminated composite plates for damage evaluations due to crack growth. The changes of frequency response functions(FRFs), MAC values, and modal parameters (frequency, mode shape and damping ratio) of the damaged composite plates, which are obtained by the modal testing of impact hammer, are investigated. Each experimental modal parameter of the progressively damaged composite plates is compared with natural frequencies and mode shapes obtained by finite element analysis. It is seen that the damage can be evaluated from the changes in the geometric properties and structural behaviors of the laminated composite plates resulting from the model updating process of the finite element model as a benchmark.
When the crossing frequency of a train meets the natural frequency of a railway bridge, the bridge is bound to become resonant. There are few available time response samples involving a train that passes a bridge at high speed. Very effective modal-parameter extraction techniques for such special high-speed railway bridge conditions are introduced in this paper. Utilizing the cross-correlations of the free-vibration responses after the train passes, mode shapes and the temporal modal parameters (e.g., natural frequency and damping ratio) are extracted using the TDD and SI techniques, respectively. This approach has been applied to a two-span steel composite bridge in the Kyung-Bu high-speed railway system. The estimation results were compared with those obtained using the existing methods. The results fully coincide with those that were extracted using the existing aforementioned technique.
Fluid-elastic instability and turbulence-induced vibration of steam generator U-tubes of a nuclear power plant are studied numerically to investigate the effect of design changes of support structures in the upper region of the tubes. Two steam generator models, Model A and Model B, are considered in this study. The main design features of both models are identical except for the conditions of vertical and horizontal support bars. The location and number of vertical and horizontal support bars at the middle of the U-bend region in Model A differs from that of Model B. The stability ratio and the amplitude of turbulence-induced vibration are calculated by a computer program based on the ASME code. The mode shape with a large modal displacement at the upper region of the U-tube is the key parameter related to the fretting wear between the tube and its support structures, such as vertical, horizontal, and diagonal support bars. Therefore, the location and the number of vertical and horizontal support bars have a great influence on the fretting wear mechanism. The variation in the stability ratios for each vibrational mode is compared with respect to Model A and Model B. Even though both models satisfy the design criteria, Model A shows substantial improvements over Model B, particularly in terms of having greater amplitude margins in the turbulence-excited vibration (especially at the inner region of the tube bundle) and better stability ratios for the fluid-elastic instability.
Yang, Hui Sun;Shin, Jung Hun;Park, Jong Won;Sung, Baek Ju
Tribology and Lubricants
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v.31
no.2
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pp.35-41
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2015
A water-pump located in the cooling area of a car circulates cooling water. A particular bearing element, known as a water-pump bearing, installed in the rotating part carries the entire load. The failure of this water-pump bearing has a direct impact on the failure of the automobile engine, and so securing its reliability is crucial. Several researchers have examined the design principles of the water-pump bearing, but there are no reports on the life characteristic of the bearing yet. Herein, we report the construction of test equipment to reproduce the spalling of the roller contact, which is the main failure mode of the chosen water-pump bearing. We chose the radial load as an accelerated stress factor and validated the failure mode by monitoring the surface defects. We conducted the accelerated life test after determining the accelerated stress level through a combination of finite element analysis and a preliminary test. In the life tests, we used an accelerometer to perform failure diagnosis. In the last stage of this study, we present a statistical reliability analysis. Thus, we fully estimated the shape parameter of the water-pump bearing, accelerating level on the load , and the lifetime (MTTF and B10 life) under real use conditions, and finally proposed an interval estimation value considering the uncertainty of the estimated value.
Finite element analysis is one of the important methods to study the structural performance. Due to the simplification, discretization and error of structural parameters, numerical model errors always exist. Besides, structural characteristics may also change because of material aging, structural damage, etc., making the initial finite element model cannot simulate the operational response of the structure accurately. Based on Bayesian methods, the initial model can be updated to obtain a more accurate numerical model. This paper presents the work on the field test, modal identification and model updating of a Chinese reinforced concrete pagoda. Based on the ambient vibration test, the acceleration response of the structure under operational environment was collected. The first six translational modes of the structure were identified by the enhanced frequency domain decomposition method. The initial finite element model of the pagoda was established, and the elastic modulus of columns, beams and slabs were selected as model parameters to be updated. Assuming the error between the measured mode and the calculated one follows a Gaussian distribution, the posterior probability density function (PDF) of the parameter to be updated is obtained and the uncertainty is quantitatively evaluated based on the Bayesian statistical theory and the Metropolis-Hastings algorithm, and then the optimal values of model parameters can be obtained. The results show that the difference between the calculated frequency of the finite element model and the measured one is reduced, and the modal correlation of the mode shape is improved. The updated numerical model can be used to evaluate the safety of the structure as a benchmark model for structural health monitoring (SHM).
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.6
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pp.112-119
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2006
This paper is concerned with the light-weight design of a center-pillar assembly for the high-speed side impact of vehicle using advanced high strength steels(AHSS). Steel industries continuously promote the ULSAB-AVC project for applying AHSS to structural parts as an alternative way to improve the crashworthiness and the fuel efficiency because it has the superior strength compared to the conventional steel. In order to simulate deformation behavior of the center-pillar assembly, a simplified center-pillar model is developed and parts of that are subdivided employing tailor-welded blanks(TWB) in order to control the deformation shape of the center-pillar assembly. The thickness of each part which constitutes the simplified model is selected as a design parameter. Factorial design is carried out aiming at the application and configuration of AHSS to simplified side-impact analysis because it needs tremendous computing time to consider all combinations of parts. In optimization of the center-pillar, S-shaped deformation is targeted to guarantee the reduction of the injury level of a driver dummy in the crash test. The objective function is constructed so as to minimize the weight and lead to S-shape deformation mode. Optimization also includes the weight reduction comparing with the case using conventional steels. The result shows that the AHSS can be utilized effectively for minimization of the vehicle weight and induction of S-shaped deformation.
In this study, closely spaced Au nanoparticles which are arranged in nanocluster (heptamer) configurations have been employed to design efficient plasmonic subwavelength devices to function at the telecommunication spectrum (${\lambda}$~1550 nm). Utilizing two kinds of nanoparticles, the optical properties of heptamer clusters composed of Au rod and shell particles that are oriented in triphenylene molecular fashion have been investigated numerically, and the cross-sectional profiles of the scattering and absorption of the optical power have been calculated based on a finite-difference time-domain (FDTD) method. Plasmon hybridization theory has been utilized as a theoretical approach to characterize the features and properties of the adjacent and mutual heptamer clusters. Using these given nanostructures, we designed a complex four-branch ($1{\times}4$) Y-shape splitter that is able to work at the near infrared region (NIR). This splitter divides and transmits the magnetic plasmon mode along the mutual heptamers arrays. Besides, as an important and crucial parameter, we studied the impact of arm spacing (offset distance) on the guiding and dividing of the magnetic plasmon resonance propagation and by calculating the ratio of transported power in both nanorod and nanoshell-based structures. Finally, we have presented the optimal structure, that is the four-branch Y-splitter based on shell heptamers which yields the power ratio of 23.9% at each branch, 4.4 ${\mu}m$ decaying length, and 1450 nm offset distance. These results pave the way toward the use of nanoparticles clusters in molecular fashions in designing various efficient devices that are able to be efficient at NIR.
In order to estimate the life of 2,5 inch HDD which is adopted by PC environment, make the test plan which reflect the failure mode of market, make the test model of accelerated life test which reflect the stress of temperature. after an analysis of the environment of PC using, test procedure was decided that operation was write 50 % and read 50 %, and then access method was sequential 50 % and random 50%. The acceleration life test was executed on condition that temperature was $50^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, performance was 95 % in max performance, test time was 1000 hours. by the test of goodness of fit of anderson-darling of the failure data during test, it was confirmed that the distribution of failure fellow weibull. test for shape and scale was equal, and shape parameter was 0.7177, characteristic life was 429434 hours at normal user condition($30^{\circ}C$) by the analysis of weibull-arrhenius modeling. It made no difference about the statistics when equality test was executed. The activation energy was 0.2775eV. In analyzing between the failure samples of acceleration test and the samples of market return even though there is detail difference about the share of failure mode, the rank of share was almost same. This study suggest the test procedure of acceleration test of 2.5 inch HDD in PC using environment, and help the life estimation at manufacture and user.
Jo, Eunsun;Choi, Jin Woong;Kim, Min Sook;Kim, Heecheul;Lee, Young Hak
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.267-274
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2015
In this paper, an experimental evaluation of shear strength of wide beam is presented. By the experiment in paper, shear strength depending on parameter of shear reinforcement by GFRP plate on wide beam is investigated. Specimens are 7 of reinforced by GFRP plate with openings. The shear reinforcement is manufactured into plate shape with openings to ensure perfect integration with concrete. The test was performed on 7 specimens. The parameters are including number of shear reinforcement by GFRP plates and center-to-center spacing between vertical strip. We analysed the crack, failure mode, strain, shear strength of specimens. A calculation of the shear strength of reinforced wide beam with GFRP plate based on ACI 318-11. The result of the experiment shows that the GFRP plate is works successfully as shear reinforcement in the wide beam.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.574-577
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2007
본 논문에서는 실 시공 중인 PSC 교량에 대하여 풍하중에 의한 상시 진동 계측 자료을 기반으로, 교량의 동특성(고유진동수, 모드형상)을 추정하였으며, 이를 바탕으로 대상 교량의 탄성계수를 추정하여 정적 계측을 통한 탄성계수 결과와 비교하였다. 본 논문에서 사용한 동특성 추정 기법은, 대표적인 주파수 영역 해석 방법인 Frequency Domain Decomposition(FDD) 방법과 시간영역 해석 방법인 Stochastic Subspace Identification(SSI) 방법을 이용하였다. 탄성계수 추정은 유한요소모델과 계측 결과를 이용하여 두 개의 결과 차이가 수렴하도록 하는 반복 계산을 통해 탄성계수를 추정하였다. 우선, 탄성계수 추정 기법의 검증을 위해, 수치 해석을 통하여 그 기법을 검증하였으며, 해석 결과 정확한 탄성계수값을 추정하였으며, 이를 통해 본 논문에서 적용한 탄성계수 추정법에 대한 신뢰도를 확인하였다. 이를 바탕으로 사용된 추정 기법을 실 교량에 적용하기 위해 실제 상시 진동 계측 값을 바탕으로 실교량의 동특성 및 탄성계수를 추정하였다. FDD 및 SSI 기법을 통한 모드 해석 결과, 두 기법 모두 유사한 결과를 나타내어 FDD 및 SSI 두 방법에 대한 결과의 신뢰도를 확인 할 수 있었다. 추정 탄성계수 값은 거더 단면내 설치한 응력계 및 변형률계를 통한 계측 결과값의 범위 내에 있음을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 적용한 교량의 상시 진동 데이터를 바탕으로 한동특성 및 탄성계수 추정법이 구조물의 대략적인 탄성계수 및 이에 따른 구조물의 전체적인 건전도를 파악하는데 도움이 되리라 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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