In this paper, disk-type ultrasonic motor using a combination of radial and bending vibration modes is newly designed and fabricated. The characteristics of the test motor are also measured. By means of traveling elastic wave induced at the surface of circumference of the elastic disk, a steel bar in contact with the surface of circumferenceof elastic disk bonded onto the piezoelectric ceramic disks is driven in both directions by changing the sine and cosine voltage inputs. The stator of the motor is composed of two sheets of piezoelectric ceramic disk to bond onto both surfaces of a elastic disk, respectively. As the results, the diameter of elastic body is increased, the resonant frequency is decreased. The resonant frequency of the stator is about 92 kHz, which is composed with piezoelectric ceramic disks of 28 mm in diameter and 2 mm in thickness, and an elastic body of 32 mm in diameter and 2 mm in thickness. A driving voltage of 20 Vpp produces 200 rpm with a torque of 1Nm and an efficiency of about 10 %.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.1
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pp.51-66
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1987
In this paper, the authors investigate theoretically the motion and longitudinal strength of ships among waves talking account of the effects of nonlinearities such as the hull shape, bottom emergence, and hydrodynamic impact. Incidentally the ship is treated as an elastic beam in heading wave condition regarding characteristics of slamming and whipping-according to the variation in the range of a quarter length of the ship forward and the increase of the elastic modes up to 4-th vibration mode were investigated by the present theory. Calculations are performed for 97m container ship and its validity is confirmed by a series of model tests. Conclusions obtained are as follows; 1) Acceleration and pressure estimated by the present theory are in good accordance with experiments. 2) The present non-linear theory may be applied for estimating longitudinal bending moment of ships in slamming and whipping conditions. 3) In investigation of the characteristic in response according to shape variation for parts under draft and vow-flare in the range of a quarter length of the ship forward, dynamic responses due to the former were much more conspicuous than those due to the later. 4) In the maximum bending moment, the considering case up to 2-the mode are larger, about $10{\sim}15%$, than that up to 4-th mode.
The need to account for accidental torsion in seismic design is no longer debatable, however, the seismic codes' requirement for accidental eccentricity has recently faced criticism. In order to get as close to real conditions as possible, this study investigated the impact of accidental torsion in symmetric RC multistory buildings caused by one of its many sources, the torsional earthquake component, and compared the results to those obtained by using the accidental eccentricity recommended by the codes (shifting the center of mass). To cover a wide range of frequencies and site conditions, two types of torsion seismic components were used: a recorded torsion accelerogram and five others generated using translation accelerograms. The main parameters that govern seismic responses, such as the number of stories (to account for the influence of all modes of vibration) and the frequency ratio (Ω) variation, were studied in terms of inter-story drift and displacement responses, as well as torsional moment. The results show that the eccentricity ratio of 5% required by most codes for accidental torsion should be reexamined and that it is prudent for computer analysis to use the static moment approach to implement the accidental eccentricity while waiting for new seismic code recommendations on the subject.
The underlying goal of the present paper is to investigate soil and structural uncertainties on impedance functions and structural response of soil-shallow foundation-structure (SSFS) system using Monte Carlo simulations. The impedance functions of a rigid massless circular foundation resting on the surface of a random soil layer underlain by a homogeneous half-space are obtained using 1-D wave propagation in cones with reflection and refraction occurring at the layer-basement interface and free surface. Firstly, two distribution functions (lognormal and gamma) were used to generate random numbers of soil parameters (layer's thickness and shear wave velocity) for both horizontal and rocking modes of vibration with coefficients of variation ranging between 5 and 20%, for each distribution and each parameter. Secondly, the influence of uncertainties of soil parameters (layer's thickness, and shear wave velocity), as well as structural parameters (height of the superstructure, and radius of the foundation) on the response of the coupled system using lognormal distribution was investigated. This study illustrated that uncertainties on soil and structure properties, especially shear wave velocity and thickness of the layer, height of the structure and the foundation radius significantly affect the impedance functions, and in same time the response of the coupled system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.11
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pp.2033-2048
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1992
This paper presents the theoretical development and qualitative evaluation of a new concept in the mathematical modeling of dynamic structures. We use both test data and analytical approximations to identify the parameters of an incomplete model. The model has the capability of predicting the response of the points of interest on the structure over the frequency range of interest and can be used to predict the changes in natural frequencies and normal modes due to structural changes. The theory was tested by running simulated tests on a relatively simple structure, identifying the parameters of the incomplete model, and using this model to predict the effects on frequency and mode shapes of several mass and stiffness changes. The conditions of the tests were varied by selecting different numbers of points of measurement, varying the frequency range, and by including assumed measurement error. It is recommended that the theoretical development be continued and that applications to more complex structures be carried out in order to develop a better understanding of the limitations and capabilities of the method. A successful, more definitive sevaluation could lead to immediate practical applications.
This paper presents a least-square algorithms of lattice structures and their use for adaptive prediction of time series generated from the dynamic system. As the view point of adaptive prediction, a new method of Identification of dynamic characteristics by means of estimating the parameters of linear auto regressive model is proposed. The fast convergence of adaptive lattice algorithms is seen to be due to the orthogonalization and decoupling properties of the lattice. The superiority of the least-square lattice is verified by computer simulation, then predictor coefficients are computed from the linear sequential time data. For the application to the dynamic characteristic analysis of unknown system, the transfer function of ideal system represented in frquency domain and the estimated one obtained by predicted coefficients are compared. Using the proposed method, the damping ratio and the natural frequency of a dynamic structure subjected to random excitations can be estimated. It is expected that this method will be widely applicable to other technical dynamic problem in which estimation of damping ratio and fundamental vibration modes are required.
The natural frequencies of continuous systems depend on the governing partial differential equation and can be numerically estimated using the finite element method. The accuracy and convergence of the finite element method depends on the choice of basis functions. A basis function will generally perform better if it is closely linked to the problem physics. The stiffness matrix is the same for either static or dynamic loading, hence the basis function can be chosen such that it satisfies the static part of the governing differential equation. However, in the case of a rotating beam, an exact closed form solution for the static part of the governing differential equation is not known. In this paper, we try to find an approximate solution for the static part of the governing differential equation for an uniform rotating beam. The error resulting from the approximation is minimized to generate relations between the constants assumed in the solution. This new function is used as a basis function which gives rise to shape functions which depend on position of the element in the beam, material, geometric properties and rotational speed of the beam. The results of finite element analysis with the new basis functions are verified with published literature for uniform and tapered rotating beams under different boundary conditions. Numerical results clearly show the advantage of the current approach at high rotation speeds with a reduction of 10 to 33% in the degrees of freedom required for convergence of the first five modes to four decimal places for an uniform rotating cantilever beam.
We have calculated the probability of HBr formation and energy disposal of the reaction exothermicity in HBr produced from the reaction of gas-phase bromine with highly covered chemisorbed hydrogen atoms on a Si (001)-(2 ${\times}$1) surface. The reaction probability is about 0.20 at gas temperature 1500 K and surface temperature 300 K. Raising the initial vibrational state of the adsorbate(H)-surface(Si) bond from the ground to v = 1, 2 and 3 states causes the vibrational, translational and rotational energies of the product HBr to increase equally. However, the vibrational and translational motions of product HBr share most of the reaction energy. Vibrational population of the HBr molecules produced from the ground state adsorbate-surface bond ($v_{HSi}$ =0) follows the Boltzmann distribution, but it deviates seriously from the Boltzmann distribution when the initial vibrational energy of the adsorbate-surface bond increases. When the vibration of the adsorbate-surface bond is in the ground state, the amount of energy dissipated into the surface is negative, while it becomes positive as vHSi increases. The energy distributions among the various modes weakly depends on surface temperature in the range of 0-600 K, regardless of the initial vibrational state of H(ad)-Si(s) bond.
The paper presents a Life-Cycle Cost-based optimization framework for wind-excited tall buildings equipped with Tuned Mass Dampers (TMDs). The objective is to minimize the Life-Cycle Cost that comprises initial costs of the structure, the control system and costs related to repair, maintenance and downtime over the building's lifetime. The integrated optimization of structural sections and mass ratio of the TMDs is carried out, leading to a set of Pareto optimal solutions. The main advantage of the proposed methodology is that, differently from the traditional optimal design approach, it allows to perform the unified design of both the structure and the control system in a Life Cycle Cost Analysis framework. The procedure quantifies wind-induced losses, related to structural and nonstructural damage, considering the stochastic nature of the loads (wind velocity and direction), the specificity of the structural modeling (e.g., non-shear-type vibration modes and torsional effects) and the presence of the TMDs. Both serviceability and ultimate limit states related to the structure and the TMDs' damage are adopted for the computation of repair costs. The application to a case study tall building allows to demonstrate the efficiency of the procedure for the integrated design of the structure and the control system.
A simulation is performed to investigate the effect of the pipe supports on the change of the natural frequencies of curved pipe systems containing fluid flow, for different elbow angles and geometry of the pipe systems. Based upon the Hamilton's principle, the equations of motions are derived, and the finite element equation is constructed to solve the corresponding eigenvalue problem. The angles of elbows do not affect the change of the fundamental natural frequency, but affect the change of the third or higher natural frequencies. Without any support, the change of the fundamental natural frequency due to the geometric change is smaller than the change of the second or higher natural frequencies. The more curve parts exist in the pipe system, the less change of lower frequency range, compared with the change of higher frequency range, is observed. Spring supports can be used to reduce the fundamental natural frequency, without change of the second or higher natural frequencies. To avoid resonance, which is critically dangerous from the view point of structural dynamics, the mechanical properties such as stiffness or the location of pipe supports are need to be changed to isolate the natural frequencies from the frequency range of dominant vibration modes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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