Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.1
s.118
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pp.65-71
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2007
Tolerance analysis method for natural frequencies of multi-body systems having a equilibrium position is suggested in this paper. To perform the tolerance analysis, the Monte-Carlo Method is conventionally employed. However, the Monte-Carlo Method has some weakness; spending too much time for analysis and having a low accuracy and hard to converge in the dynamical unstable area. To resolve these problems, a tolerance analysis method is suggested in this paper. Sensitivity equations of natural frequencies are derived at the equilibrium position. By employing the sensitivity information of mass, damping and stiffness matrices, the sensitivity of natural frequencies can be calculated.
A procedure to determine the realizable optimal positions of rigid supports is suggested to get a maximum fundamental natural frequency. a measured frequency response function based substructure-coupling technique is used to model the supported structure. The optimization procedure carries out the eigenvalue sensitivity analysis with respect to the stiffness of supports. As a result of such stiffness optimization, the optimal rigid-support positions are shown to be determined by choosing the position of the largest stiffness. The optimally determined support conditions are verified to satisfy the eigenvalue limit theorem. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, the optimal support positions of a plate model are investigated. Experimental results indicate that the proposed method can effectively find out the optimal support conditions of the structure just based on the measured frequency response functions without any use of numerical model of the structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.3
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pp.529-536
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2001
We investigate a surface-micromachined capacitive accelerometer with the grid-type electrodes surrounded by a perforated proof-mass frame. An electromechanical analysis of the microaccelerometer has been performed to obtain analytical formulae for natural frequency and output sensitivity response estimation. A set of prototype devices has been designed and fabricated based on a 4-mask surface-micromachining process. The resonant frequency of 5.8$\pm$0.17kHz and the detection sensitivity of 0.28$\pm$0.03mV/g have been measured from the fabricated devices. The parasitic capacitance of the detection circuit with a charge amplifier has been measured as 3.34$\pm$1.16pF. From the uncertainty analysis, we find that the major uncertainty in the natural frequency of the accelerometer comes from the micromachining error in the beam width patterning process. The major source of the sensitivity uncertainty includes uncertainty of the parasitic capacitance, the inter-electrode gap and the resonant frequency, contributing to the overall sensitivity uncertainty in the portions of 75%, 14% and 11%, respectively.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.467-472
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2006
The purpose of this paper is to check the structural safety of the network equipments by performing the static and dynamic finite element analysis. The stress and displacement of structures under static loading condition are evaluated to check whether satisfying the design requirement conditions. Since the computed natural frequencies are similar to the results of experiment. the model could be used for the response spectrum analysis where experimental acceleration value at each frequency are used as seismic input excitation. It is shown that the analysis results are a little bit larger than that of the experimental values. Also sensitivity analysis and optimization for the natural frequency are performed and it is found that the first natural frequency is very sensitive to the stiffness of the equipment.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.10a
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pp.326-332
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1997
Recently to develop an automobile with better prosperities, many researches and investments have been executed. In this paper we intend to improve the automobile properties by reducing the weights of the engine without changing the dynamic characteristics. At first we perform the vibration analysis by the Substructure Synthesis Method and execute the exciting test for the engine model, and observe the coincidences of two results to confirm the reliability of the analyzing tools used. The weight minimization is performed by the Sensitivities of the Natural frequencies of the engine block. To decrease the engine weight ideally, the parts of the sensitivity zero are to be cut mainly, and the changing quantity of natural frequency by the cut is to be recovered by the structural modification for the parts with the good sensitivity. But, as actually the mathematical solution for the homogeneous problem(i.e. 0 object function) do not exist, we hereby redesign the block with much thinner thickness and recover the natural frequencies and natural modes to original structure's by the sensitivity analysis. And the Frequency Response Functions(FRF) are to be observed for the interesting points. In this analysis, the original thickness of the engine model has 8 mm of thickness, and the thickness redesigned is 5 mm and 6 mm. And we are to try to recover the 1, 2, 4, and 5 lower natural frequencies interested.
In this paper, design sensivity of plate natural frequency is computed for thickness design variables. Once the variational equation is derived from Lagrange quation using the virtual displacement, governing energy bilinear form is obtained and sensivity equation is formulated through the first variation. Natural frequency is obtained using the commercial FEM code and the accuracy of sensivity is verified by finite difference. The accuracy of natural frequency and sensivity improves for the fine mesh model.
Yongle Lu;Zhen Qu;Jie Yang;Wenxin Wang;Wenbo Wang;Yu Liu
Journal of Information Processing Systems
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v.19
no.2
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pp.173-188
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2023
To improve the shock-resistance of piezoresistive high-g accelerometer, we propose a design of piezoresistive high-g accelerometer. The accelerometer employs special-shaped proof masses system with a cross gap. Four tiny sensing beams are bonded above the cross gap. The expression of the deformation, natural frequency and damping is deduced, and the structural parameters are optimized. The accelerometer structure is simulated and verified by finite element method (FEM) simulation. The results show that the range of the accelerometer can reach 200,000 g, the natural frequency is 453.6 kHz, and the cross-axis sensitivity of X-axis and Y-axis is 0.25% and 0.11%, respectively, which can apply to the measurement of high shock. Contrastively, the cross-axis sensitivity of X-axis and Y-axis is respectively, reduced by 93.2% and 96.9%. The sensitivity of our accelerometer is 0.88 μV/g. It is of great value for the application of piezoresistive high-g accelerometer with high shock-resistance.
This paper presents numerical and experimental investigations on damage detection of mono-coupled multistory buildings using natural frequency as only diagnostic parameter. Frequency equation of a mono-coupled multistory building is first derived using the transfer matrix method. Closed-form sensitivity equation is established to relate the relative change in the stiffness of each story to the relative changes in the natural frequencies of the building. Damage detection is then performed using the sensitivity equation with its special features and minimizing the norm of an objective function with an inequality constraint. Numerical and experimental investigations are finally conducted on a mono-coupled 3-story building model as an application of the proposed algorithm, in which the influence of modeling error on the degree of accuracy of damage detection is discussed. A mono-coupled 10-story building is further used to examine the capability of the proposed algorithm against measurement noise and incomplete measured natural frequencies. The results obtained demonstrate that changes in story stiffness can be satisfactorily detected, located, and quantified if all sensitive natural frequencies to damaged stories are available. The proposed damage detection algorithm is not sensitive to measurement noise and modeling error.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.6
no.3
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pp.82-88
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1997
This paper derives the generalized stiffness to find dynamic characteristics and its derivatives of a continuous system. And a new sensitivity analysis method is presented by using the amount of change of generalized stiffness and vibrational mode caused by the variation of stiffness. In this paper, to get or detect appropriate results, cantilever beam and stepped beam and stepped beam are used. Deviations of sensitivity coefficient, natural frequency, and vibrational mode are calculated as result, and compared with the theoretical exact values.
In the fields of civil engineering and seismology, it is essential to detect and tracking the vibrations, and the fiber Bragg gratings (FBGs) are typically used as sensors to measure vibrations. Where, one of the most popular and detailed approaches to use FBGs as vibration sensors involves the use of cantilever beam designs, which adds a mass to measure low and moderate frequencies (from 20 Hz up to 1 kHz) with high sensitivities (greater than 10 pm/g). The design consists of a bending strain in the cantilever that is simultaneously transferred to the FBG, resulting in a shift in the wavelength that is proportional to the strain experienced by the cantilever. In this work, we present the experimental results of a vibration sensor design using a cantilever beam to generate an axial uniform strain in the FBG in-line with the vertical axis, which modifies the cantilever's natural frequency that allows the sensor to have a wide frequency broadband without losing sensitivity. This sensor achieved a sensitivity of about 339 pm/g and a natural frequency of 227.3 Hz. The presented design compared with the traditional cantilever beam-based FBG vibration sensors, has the advantages of a simple design for detection on vibration-sensitive structures and its physical parameters can be easily modified in order to satisfy the requirements of the desired vibration measurements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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