In this article, frequency characteristics, and sensitivity analysis of a size-dependent laminated composite cylindrical nanoshell under bi-directional thermal loading using Nonlocal Strain-stress Gradient Theory (NSGT) are presented. The governing equations of the laminated composite cylindrical nanoshell in thermal environment are developed using Hamilton's principle. The thermodynamic equations of the laminated cylindrical nanoshell are obtained using First-order Shear Deformation Theory (FSDT) and Fourier-expansion based Generalized Differential Quadrature element Method (FGDQM) is implemented to solve these equations and obtain natural frequency and critical temperature of the presented model. The novelty of the current study is to consider the effects of bi-directional temperature loading and sensitivity parameter on the critical temperature and frequency characteristics of the laminated composite nanostructure. Apart from semi-numerical solution, a finite element model was presented using the finite element package to simulate the response of the laminated cylindrical shell. The results created from finite element simulation illustrates a close agreement with the semi-numerical method results. Finally, the influences of temperature difference, ply angle, length scale and nonlocal parameters on the critical temperature, sensitivity, and frequency of the laminated composite nanostructure are investigated, in details.
In this paper, the dynamic system modeling and the state sensitivity analysis of the spin-coater system for the reduction of the vibration are proposed. In the respect of modeling, the spin-coater system is composed of components of servomotor, belt, spindle, and a supported base. Each component is defined and combined modeling is derived to 3dimensional equations. Verification of modeling is verified by experimental values of actual system in the frequency domain. By direct differentiation the constraint equations with respect to kinematic design variables, such as eccentricity of spindle, moment of inertia, torsional stiffness and damping of supported base, sensitivity equations are derived to the verified state equations. Sensitivity of design variables could be used for vibration reduction and natural frequency shift in the frequency domain. Finally, dominant design variables ...
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.1-4
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2001
A new non-destructive fatigue prediction model of the composite laminates is developed. The natural frequencies of fatigue-damaged laminates under extensional loading are related to the fatigue lift of the laminates by establishing the equivalent flexural stiffness reduction as a function of the elastic properties of sublaminates. The flexural stiffness is derived by relating the $90^{\circ}$-ply elastic modulus reduction, and using the laminate plate theory to the degraded elastic modulus and the intact elastic modulus of other laminate. The natural frequency reduction model, in which the dominant fatigue mode can be identified from the sensitivity scale factors of sublaminate elastic properties, provides natural frequency vs. fatigue cycle curves for the composite laminates. Vibration tests were also conducted on $[\textrm{90}_{2}\textrm{0}_{2}]_s$ carbon/epoxy laminates to verify the natural frequency reduction model. Correlations between the predictions of the model and experimental results are good.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.248-251
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2006
This paper provides the basic theory and numerical results of shell design optimization considering the appearance of close natural frequencies in optimization process. In this study the fundamental natural frequency to be maximized is considered as the objective function and the initial volume of structures is used as the constraint function. In addition, the constraints related to natural frequency is also adopted to avoid the natural frequency closeness phenomenon during the optimization iteration. The Coon's patch is used to represent the shape and thickness distribution of shells. A degenerated shell finite element is adopted to calculate the fundamental natural frequency of the shells. The SQP available in the optimizer DoT is used to search optimum solution. From numerical results, the introduction of the frequency constraint into shell design optimization can deeply affect on the final optimum shape of shells although it is likely to be used to avoid the frequency closeness phenomenon.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.904-921
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2014
The main objective of this paper is to propose a new Finite Element (FE) model updating technique for damped beam structures. The present method consists of a FE model updating, a Degree of Freedom (DOF) reduction method and a damping matrix identification method. In order to accomplish the goal of this study, first, a sensitivity-based FE model updating method using the natural frequencies and the zero frequencies is introduced. Second, an Iterated Improved Reduced System (IIRS) technique is employed to reduce the number of DOF of FE model. Third, a damping matrix is estimated using modal damping ratios identified by a curve-fitting method and modified matrices which are obtained through the model updating and the DOF reduction. The proposed FE model updating method is verified using a real cantilever beam attached damping material on one side. The updated result shows that the proposed method can lead to accurate model updating of damped structures.
In this study, a damage detection method that uses sensitivity-based finite (FE) element model updating with the natural frequency and zero frequency was proposed. The stiffness matrix for a structure was modified using the sensitivity-based FE model updating method. A sensitivity analysis was used to update the FE model, and the natural frequencies and zero frequencies were considered as target parameters to supplement the information on the vibration characteristics. The locations and values of the damages were estimated from the modified stiffness matrix. Several numerical examples were considered to verify the performance of the proposed method.
Yang Wang;Mingxing Zhu;Guoliang Dai;Jiang Xu;Jinbiao Wu
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.2
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pp.167-178
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2024
The natural frequency shift under cyclic environmental loads is a key issue in the design of monopile-based offshore wind power turbines because of their dynamic sensitivity. Existing evidence reveals that the natural frequency shift of the turbine system in sand is related to the varying foundation stiffness, which is caused by soil deformation around the monopile under cyclic loads. Therefore, it is an urgent need to investigate the effect of soil deformation on the system frequency. In the present paper, three generalized geometric models that can describe soil deformation under two-way cyclic loads are proposed. On this basis, the cycling-induced changes in soil parameters around the monopile are quantified. A theoretical approach considering three-spring foundation stiffness is employed to calculate the natural frequency during cycling. Further, a parametric study is conducted to describe and evaluate the frequency shift characteristics of the system under different conditions of sand relative density, pile slenderness ratio and pile-soil relative stiffness. The results indicate that the frequency shift trends are mainly affected by the pile-soil relative stiffness. Following the relevant conclusions, a design optimization is proposed to avoid resonance of the monopile-based wind turbines during their service life.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.161-166
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2001
This study intends to reduce the weight of structure without changing the dynamic characteristics. At first, the Vibration analyses by the Substructure Synthesis Method and FEM using the ANSYS are performed for the engine speed converter to confirm the reliability of the analyzing tools. Weight minimization is performed by the Sensitivity Analysis and the Optimum Structural Modification. To decrease the converter weight ideally, the parts with low sensitivity are to be cut mainly, and the changing quantity of the natural frequency by the cut is to be recovered by the weight modification of the parts with high sensitivity. As the unique mathematical solution for the homogeneous problem( i.e. 0 object function problem) does not exist, the converter is redesigned with much thinner initial thickness. The goal of this study is to recover the dynamic characteristics of redesigned structure to those of the original one. To say in the other words, the modified structure has the same dynamic characteristics and the more lighter weight to compare with the original one. In this analysis, the modification was performed with the redesigned initial thickness of 60 mm and 70 mm. And the numbers of the interesting natural frequencies are 1, 2, 4 respectively. Consequently 27% of weight reduction effects were earned.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.337-344
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2014
An optimal shape design algorithm is suggested to systematically design a traditional Korean musical instrument, the Pyeongyeong. The Pyeongyeong consists of 16 different chime stones called Gyeongpyeons. The first natural vibration frequency of each Gyeongpyeon must be adjusted to its target frequency, which is determined by the traditional sound tuning method. The second and third natural frequencies must be proportional to the first natural frequency with a specific ratio (1:1.498:2.378). The key idea in our suggested design algorithm is to use the sensitivity of natural frequencies to the variation in the length of each side of a Gyeongpyeon. The dimensions of five different Gyeongpyeons are determined by following the suggested algorithm. Changes in natural frequencies with respect to local thickness variation are closely investigated to compensate for errors that may occur during manufacturing.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.579-586
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2007
Analytical method to analyze the effect of tolerance on the modal characteristic of multi-body systems in dynamic equilibrium position is suggested in this paper. Monte-Carlo method is conventionally employed to perform the tolerance analysis. However, Monte-Carlo method spends too much time for analysis and has a greater or less accuracy depending on sample condition. To resolve these problems, an analytical method is suggested in this paper. Sensitivity equations for damped natural frequencies and the transfer function are derived at the dynamic equilibrium position. By employing the sensitivity information of mass, damping and stiffness matrices, the sensitivities of damped natural frequencies and the transfer function can be calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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