The dynamic response of two-dimensional unbounded domain on the rigid bedrock in the time domain is numerically obtained. It is realized by the modified scaled boundary finite element method (SBFEM) in which the original scaling center is replaced by a scaling line. The formulation bases on expanding dynamic stiffness by using the continued fraction approach. The solution converges rapidly over the whole time range along with the order of the continued fraction increases. In addition, the method is suitable for large scale systems. The numerical method is employed which is a combination of the time domain SBFEM for far field and the finite element method used for near field. By using the continued fraction solution and introducing auxiliary variables, the equation of motion of unbounded domain is built. Applying the spectral shifting technique, the virtual modes of motion equation are eliminated. Standard procedure in structural dynamic is directly applicable for time domain problem. Since the coefficient matrixes of equation are banded and symmetric, the equation can be solved efficiently by using the direct time domain integration method. Numerical examples demonstrate the increased robustness, accuracy and superiority of the proposed method. The suitability of proposed method for time domain simulations of complex systems is also demonstrated.
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.
In this study, the effect of in-plane deformations on the dynamic behavior of laminated plates is investigated. For this purpose, the displacement-time and strain-time histories obtained from the large deflection analysis of laminated plates are compared for the cases with and without including in-plane deformations. For the first one, in-plane stiffness and inertia effects are considered when formulating the dynamic response of the laminated composite plate subjected to the blast loading. Then, the problem is solved without considering the in-plane deformations. The geometric nonlinearity effects are taken into account by using the von Karman large deflection theory of thin plates and transverse shear stresses are ignored for both cases. The equations of motion for the plate are derived by the use of the virtual work principle. Approximate solution functions are assumed for the space domain and substituted into the equations of motion. Then, the Galerkin method is used to obtain the nonlinear algebraic differential equations in the time domain. The effects of the magnitude of the blast load, the thickness of the plate and boundary conditions on the in-plane deformations are investigated.
$DF_{21}$ diesel locomotive was designed to satisfy the requirement of Kunming Meter track and the 2Co self-guided radial bogie was used to suit the complex curve track. There are totally 12 locomotives was served on the track. The first two locomotives were devotion running on the track since April 2003, the wheel tread splling was occurred on the middle wheel set of the two locomotives after running nearly 150 thousands km on the track of the two locomotives at August 2004. The dynamic analysis was carried out to find the reason. The wheel set longitudinal vibration resonance phenomenon was existed on the locomotive dynamic performance, and this was caused by the too big longitudinal stiffness of the journal box bar on the middle wheel set. Wheel set longitudinal vibration resonance maybe an important reason of lead to wheel tread spalling. The corresponding mend methods were put forward from the point of view of wheel set longitudinal vibration resonance. All the wheel tread of the 12 locomotives on the middle wheel set were in good condition and not occurred the wheel tread spalling after the mend till December 2007 after 350 thousands km were finished. The mechanism of the wheel tread splling and corresponding mend method was discussed in detail in this paper.
The functionally graded beam (FGB) is investigated in this study on both dynamic and static loading in case of resting on a soil medium rather than on the usual Winkler-Pasternak elastic foundation. The powerful ABAQUS software was used to model the problem applying finite element method. In the present study, two different soil models are taken into account. In the first model, the soil is assumed to be an elastic plane stress medium. In the second soil model, the Drucker-Prager yield criterion, which is one of the most well-known elastic-perfectly plastic constitutive models, is used for modelling the soil medium. The results are shown to evaluate the effects of the different soil models, stiffness values of the elastic soil medium on the normal and shear stress and free vibration properties. A comparison was made to those from the existing literature. Numerical results show that considering real soil as a continuum space affects the results of the bending and the modal properties significantly.
Given the yield shear of a single-story inelastic structure with simple eccentricity, the problem of strength distribution among the resisting elements is investigated, with respect to minimize its torsional response during a ground motion. Making the hypothesis that the peak accelerations, of both modes of vibration, are determined from the inelastic acceleration spectrum, and assuming further that a peak response quantity is obtained by an appropriate combination rule (square root of sum of squares-SRSS or complete quadratic combination-CQC), the first aim of this study is to present an interaction relationship between the yield shear and the maximum torque that may be developed in such systems. It is shown that this torque may be developed, with equal probability, in both directions (clockwise and anticlockwise), but as it is not concurrent with the yield shear, a rational design should be based on a combination of the yield shear with a fraction of the peak torque. The second aim is to examine the response of such model structures under characteristic ground motions. These models provide a rather small peak rotation and code provisions that are based on such principles (NBCC-1995, UBC-1994, EAK-2000, NZS-1992) are superiors to EC8 (1993) and to systems with a stiffness proportional strength distribution.
The vertical forces in rail fasteners at areas of bridge transitions near the embankment and on the pier will occur due to different deformations of adjoining bridges caused by the trainloads. The up-lifting forces is not large problem in the blast track because the elasticity of blast and rail pad buffs up-lifting effect. But, it is likely to be difficult to ensure the serviceability of the railway and the safety of the fastener in the end in that concrete slab track consist of rail, fastener, and track in a single body, delivering directly the up-lifting force to the fastener if the deck is bended because of the end rotation of the overhang due to the vertical load. When the up-lifting force exceeds the clamp force of the fastener clip, the rail pad is out of fastener, which makes decrease the serviceability of the railway, such as noise and vibration. Furthermore, it is possible to reduce the safety of the track as the longitudinal resistance. This study is focused on guideline suggestion to decrease up-lifting force in the fastener adjacent to the civil joint of slab track of bridge throughout the parametric analysis between the vertical spring stiffness of the fastener as the material approach, the space of fastener adjacent to bridge transition, the rigidity of the girder as the geometrical approach and up-lifting force under the train load.
This paper deals with vibration control of a small mount with MR(Magneto-Rheological) fluid as a functional fluid mount for precision equipment of automobiles. Damping and stiffness coefficients of the mount with MR fluid are changed by variations of the applied magnetic field strength. We present the robust control scheme, based on a conventional sliding mode control theory, for the design of a stable controller that is capable of vibration control due to various disturbances such as impact and periodic excitations, and is insensitive to dynamic properties of the mount. We got stable controller by using Lyapunov stability theory. The controller is then realized by using a semi-active control condition in simulations. Chattering problem of the sliding mode control is eliminated by saturation function instead of signum function. The sliding mode control with Lyapunov stability theory is superior to passive and Sky-Hook control in performance.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.10
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pp.949-958
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2012
Position tracking control of a link of a slave manipulator which needed to track the corresponding link of a master manipulator was addressed in this paper. Since driving torque from motor is transmitted through a set of flexible cable to link, the motion control system is modeled by a two-mass model connected with elastic coupling which has finite stiffness. Relative vibration of two-mass resonant system is a serious problem to operate manipulator. This paper proposed sliding mode control to reduce resonant vibration and fine position tracking control. Also, a pseudo-sliding mode control which uses a saturation function instead of a signum function was discussed and showed that the pseudo-sliding mode control can improve disturbance regulation performance as well as guarantees fine command tracking without chattering which is an inherent drawback of basic sliding mode control. In addition, a disturbance observer based sliding mode control has been suggested to improve disturbance regulation performance. The feasibility of the proposed control design was verified along with some simulation results.
Kim, Nam-Woong;Kim, Kug-Weon;Hong, Goo;Chung, Mun-Chae;Kim, Wae-Yeul
Journal of KSNVE
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v.9
no.2
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pp.324-330
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1999
With the increase of track density, high rotational speed and the compatibility for various media such as CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM/RW etc. in optical disk drive, the effective anti-vibration design is so crucial for robust operaton. Especailly when the drive is self-excited by unbalanced disk, internal sled base vibration and its external transmission to the case bring about so severe problem. Generally these two consideration points the practical anti-vibration design process to control thses two conflictive properties using finite element analysis. As an example of the design process, Duro 25 and 40 visco-elastic rubber mount was selected and analyzed. The stiffness obtained from FEM rubber model was well matched with the experiments. Also it was confirmed that the internal and external vibration induced from unbalanced disk have good agreement with experimental results. The proposed design process is adopted to the slim-type optical disk drive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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