The finite element analysis for rotor bearing systems has been an essential tool for design, identification, and diagnosis of rotating machinery. Among others, the unbalance response analysis is fundamental in the vibration analysis of rotor bearing systems because rotating unbalance is recognized as a common sourve of vibration in rotating machinery. However there still remains a problem in the aspect of computational efficiency for unbalance response analysis of large rotor bearing systems. Gyroscopic terms and local bearing parameters in rotor bearing systems often make matters worse in unbalance response computation due to the complicated dynamic properties such as rotational speed dependency and/or anisotropy. The present paper proposes an efficient method for unbalance responses of multi-span rotor bearing systems. An improved substructure synthesis scheme is introduced which makes it possible to compute unbalance responses of the system by coupling unbalance responses of substructures that are of self adjoint problem with small order matrices. The present paper also suggests a scheme to easily deal with gyroscopic tems and local, coupling or bearing parameters. The proposed method causes no errors even though the computational effort is reduced drastically. The present method is demonstrated through three test examples.
The added viscoelastic dampers increase damping and stiffness of buildings and results in so called non-classical or non-proportional damping problem. In this system the eigenvectors of the undamped system may not diagonalize the damping matrix, and the system is generally analyzed by converting the equation of motion into a 2n first order state-space form. As this approach is complex and time-consuming compared to the classically damped problem, the system is often analyzed by neglecting the off-diagonal terms in the damping matrix. In this paper the theoretical background of the approximate approach is studied, and the vibration characteristics of a three-story shear building with a viscoelastic damper are investigated using the exact and approximate method. It is found that the approximate method may produce good result when the additional damping is small, but as the damping increases the error also increase.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.501-509
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2003
A method of identifying structural parameters such as stiffness and damping coefficients at interfacial points of vibro-acoustic systems is suggested using an optimization technique. To identify the parameters using a numerical optimization algorithm, cost functions are defined. The cost function should be zero at the correct parameter values. To minimize the cost functions using an optimization technique, a design sensitivity analysis procedure is developed in the framework of the multi-domain FRF-based substructuring method. As a numerical example, a ladder-like structure problem is introduced. With known parameter values and different initial guesses of the parameters, convergence characteristics to the exact value are compared for the three cost functions. Investigating the contours of the cost functions, we find the first cost function has the largest convergent region to the correct value. As another practical problem, stiffnesses of engine mounts and bushings in a passenger car are identified. The numerical examples show that the proposed method is efficient and accurate even when applied to realistic problems.
Earlier studies on hollow-circular rubber bearings, all of which are conducted for steel-reinforced bearings, indicate that the hole presence not only decreases the compression modulus of the bearing but also increases the maximum shear strain developing in the bearing due to compression, both of which are basic design parameters also for fiber-reinforced rubber bearings. This paper presents analytical solutions to the compression problem of hollow-circular fiber-reinforced rubber bearings. The problem is handled using the most-recent formulation of the "pressure method". The analytical solutions are, then, used to investigate the effects of reinforcement flexibility and hole presence on bearing's compression modulus and maximum shear strain in the bearing in view of four key parameters: (i) reinforcement extensibility, (ii) hole size, (iii) bearing's shape factor and (iv) rubber compressibility. It is shown that the compression stiffness of a hollow-circular fiber-reinforced bearing may decrease considerably as reinforcement flexibility and/or hole size increases particularly if the shape factor of the bearing is high and rubber compressibility is not negligible. Numerical studies also show that the existence of even a very small hole can increase the maximum shear strain in the bearing significantly, which has to be considered in the design of such annular bearings.
In this study, the transverse vibrations of an axially moving flexible beams resting on multiple supports are investigated. The time-dependent velocity is assumed to vary harmonically about a constant mean velocity. Simple-simple, fixed-fixed, simple-simple-simple and fixed-simple-fixed boundary conditions are considered. The equation of motion becomes independent from geometry and material properties and boundary conditions, since equation is expressed in terms of dimensionless quantities. Then the equation is obtained by assuming small flexural rigidity. For this case, the fourth order spatial derivative multiplies a small parameter; the mathematical model converts to a boundary layer type of problem. Perturbation techniques (The Method of Multiple Scales and The Method of Matched Asymptotic Expansions) are applied to the equation of motion to obtain approximate analytical solutions. Outer expansion solution is obtained by using MMS (The Method of Multiple Scales) and it is observed that this solution does not satisfy the boundary conditions for moment and incline. In order to eliminate this problem, inner solutions are obtained by employing a second expansion near the both ends of the flexible beam. Then the outer and the inner expansion solutions are combined to obtain composite solution which approximately satisfying all the boundary conditions. Effects of axial speed and flexural rigidity on first and second natural frequency of system are investigated. And obtained results are compared with older studies.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.11
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pp.199-205
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2000
The vibration and noise of gears is due to the vibration exciting force caused by the tooth stiffness which changes periodically as the mesh of teeth proceeds and by the transmission error, that is, the rotation delay between driving gear and driven gear caused by manufacturing error and alignment error in assembly and so on. The purpose of this study is to develop how to calculate simultaneously the optimum amounts of tooth profile modification, end relief and crowning by minimizing the vibration exciting force of helical gears. We estimate the vibration exciting force by the mesh analysis of gears. The constraints of this problem consist of contact ratio and strengths of gear teeth such as tooth fillet stress, surface durability and scoring. ADS(Automated Design Synthesis) is used as an optimization tool. And, since the aspect ratio is an important parameter of tooth modification, we investigate the relation between it and the optimum values of tooth modification. The proposed method can calculate the optimum amount of tooth modification automatically and is to be utilized to resolve the problem of vibration of helical gears.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.13
no.2
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pp.77-84
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2010
Recently, the concept of structural design against instability has been proposed in the chassis parts. The design considerations of lower control arm of chassis parts under the buckling and durability strengths are the general. More precisely, this paper considers a specific application and associated optimization problem for two strengths, where the design variables are the physical or geometric dimensions for skins and stiffeners. The objective is the minimization of the total weight, while optimization constrains involve reserve or improve factors for the buckling and durability strengths. The most important features are related to the numerical simulations for the estimation of buckling factor and their sensitivities by means of nonlinear and linear finite element analyses. The bucking and durability strength analyses, and the morping geometries are directly included in the optimization problem and the modified design is formulated. As a result, the optimal structure with stable behavior is obtained or increases the buckling and durability strengths of parts. Most of design problems for structures exposed to elastic instability can be formulated and solved.
The optimum design of structures with frequency constraints is of great importance in the aeronautical industry. In order to avoid severe vibration, it is necessary to shift the fundamental frequency of the structure away from the frequency range of the dynamic loading. This paper develops a novel topology optimisation method for optimising the fundamental frequencies of structures. The finite element dynamic eigenvalue problem is solved to derive the sensitivity function used for the optimisation criteria. An alternative material interpolation scheme is developed and applied to the optimisation problem. A novel level-set criteria and updating routine for the weighting factors is presented to determine the optimal topology. The optimisation algorithm is applied to a simple two-dimensional plane stress plate to verify the method. Optimisation for maximising a chosen frequency and maximising the gap between two frequencies are presented. This has the application of stiffness maximisation and flutter suppression. The results of the optimisation algorithm are compared with the state of the art in frequency topology optimisation. Test cases have shown that the algorithm produces similar topologies to the state of the art, verifying that the novel technique is suitable for frequency optimisation.
In steel cable bridges, the use of magnetorheological (MR) dampers between butt cables is constantly increasing to dampen vibrations caused by rain and wind. The biggest problem in the actual applications of those devices is to launch a kind of appropriate algorithm that can effectively and efficiently suppress the perturbation of the tie through basic calculations and optimal solutions. This article discusses the optimal evolutionary design based on a linear and quadratic regulator (hereafter LQR) to lessen the perturbation of the bridges with cables. The control numerical algorithms are expected to effectively and efficiently decrease the possible risks of the structural response in amplification owing to the feedback force in the direction of the MR attenuator. In addition, these numerical algorithms approximate those optimal linear quadratic regulator control forces through the corresponding damping and stiffness, which significantly lessens the work of calculating the significant and optimal control forces. Therefore, it has been shown that it plays an important and significant role in the practical application design of semiactive MR control power systems. In the present proposed novel evolutionary parallel distributed compensator scheme, the vibrational control problem with a simulated demonstration is used to evaluate the numerical algorithmic performance and effectiveness. The results show that these semiactive MR control numerical algorithms which are present proposed in the present paper has better performance than the optimal and the passive control, which is almost reaching the levels of linear quadratic regulator controls with minimal feedback requirements.
Cavus, Yakup Harun;Kupeli, Togay;Yayli, Mustafa Ozgur
Coupled systems mechanics
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v.11
no.4
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pp.335-355
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2022
It's important to note that the number of studies on the lateral vibration of steel liquid storage tanks has been quite modest in the past. The aim of this research has to look at the variables that affect vibration of storage tanks and to highlight the characteristics of a construction that hasn't received much attention in the literature. The storage tank has pre-sized in the study, and aluminum and steel have chosen as components. The specified material qualities and the factors utilized in the investigation has used to calculate vibration frequency values. The resulting calculations are backed up by tables and graphs, and it's an important to look into the parameters that affect the vibration frequencies that will occur on the designed storage tank vary. In the literature, water tanks are usually modelled as lumped masses. The horizontal stiffness of the column on which it is placed is assumed to be constant throughout. This is an approximation method of solving this problem. The column is handled in this study with a more realistic approach that fits the continuum mechanics in the analysis. The reservoir part is incorporated directly into the problem as the boundary condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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