This paper describes the evaluation of structural integrity and dynamic characteristic of inertial load test equipments for performance test of railway vehicle propulsion control system. The propulsion control system of railway vehicle has to be confirmed of safety and reliability prior to its application. Therefore, inertial load test equipments were designed through theoretical equation for performance test of propulsion control system. The structural analysis of inertial load test equipments was conducted using Ansys v11.0 and the dynamic characteristic was evaluated using Adams. The results showed that the structural integrity of inertial load test equipment was satisfied with a safety factor of 10.2 on the bearing part under combined load. Also, the structural stability of flywheel according to dynamic simulation was secured by the maximum oscillation displacement within 0.83mm.
In large-scale problem, a huge size of computational resources is needed for a reliable solution which represents the detailed description of dynamic behavior. Recently, eigenvalue reduction schemes have been considered as important technique to resolve computational resource problems. In addition, the efforts to advance an efficiency of reduction scheme leads to the development of the multi-level system condensation (MLSC) which is initially based on the two-level condensation scheme (TLCS). This scheme was proposed for approximating the lower eigenmodes which represent the global behavior of the structures through the element-level energy estimation. The MLSC combines the multi-level sub-structuring scheme with the previous TLCS for enhancement of efficiency which is related to computer memory and computing time. The present study focuses on the implementation of the MLSC on the direct time response analysis and the frequency response analysis of structural dynamic problems. For the transient time response analysis, the MLSC is combined with the Newmark's time integration scheme. Numerical examples demonstrate the efficiency of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.1
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pp.48-54
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2004
Generally, structural optimization is carried out based on external static loads. All forces have dynamic characteristics in the real world. Mathematical optimization with dynamic loads is extremely difficult in a large-scale problem due to the behaviors in the time domain. In practical applications, it is customary to transform the dynamic loads into static loads by dynamic factors, design codes, and etc. But the optimization results with the unreasonably transformed loads cannot give us good solutions. Recently, a systematic transformation has been proposed as an engineering algorithm. Equivalent static loads are made to generate the same displacement field as the one from dynamic loads at each time step of dynamic analysis. Thus, many load cases are used as the multiple loading conditions which are not costly to include in modem structural optimization. In this research, the proposed algorithm is applied to the optimization of flexible multibody dynamic systems. The equivalent static load is derived from the equations of motion of a flexible multibody dynamic system. A few examples that have been solved before are solved to be compared with the results from the proposed algorithm.
Cooling tower is analyzed as an assembly of layered nonlinear shell elements. Geometric representation of the shell is enabled through layered nonlinear shell elements to define the different layers of reinforcements and concrete by considering the material nonlinearity of each layer for the cooling tower shell. Modal analysis using Ritz vector analysis and nonlinear time history analysis by direct integration method have been carried out to study the effects of the inclination of the supporting columns of the cooling tower shell on its dynamic characteristics. The cooling tower is supported by I-type columns and ${\Lambda}$-type columns supports having the different inclination angles. Relevant comparisons of the dynamic response of the structural system at the base level (at the junction of the column and shell), throat level and at the top of the tower have been made. Dynamic response of the cooling tower is found to be significantly sensitive to the change of the inclination of the supporting columns. It is also found that the stiffness of the structure system increases with increase in inclination angle of the supporting columns, resulting in decrease of the period of the structural system. The participation of the stiffness of the tower in structural response of the cooling tower is fund to be dependent of the change in the inclination angle and even in the types of the supporting columns.
A new concept sea-floating port called mobile harbor has been introduced, in order to resolve the limitation of current above-ground port facilities against the continuous growth of worldwide marine transportation. One of important subjects in the design of a mobile harbor is to secure the dynamic stability against wave-induced excitation, because a relatively large-scale heavy crane system installed at the top of mobile harbor should load/unload containers at sea under the sea state up to level 3. In this context, this paper addresses a two-step sequential analytical-numerical method for analyzing the structural dynamic response of the mobile harbor crane system to the wave-induced rolling excitation. The rigid ship motion of mobile harbor by wave is analytically solved, and the flexible dynamic response of the crane system by the rigid ship motion is analyzed by the finite element method. The hydrodynamic effect between sea water and mobile harbor is reflected by means of the added moment of inertia.
Most of high-rise buildings in Japan*1 are structure with damping systems recently. The design procedure is performance-based design (PBD), which is based on the nonlinear response history procedure (NRHP) using 2 or 3-dimentional frame model. In addition, hysteretic property of steel plates or velocity-dependent property of viscous dampers are common practice for the damping system. However, for the selection of damping system, the easy dynamic analysis of recent date may lead the most of engineers to focus attention on the maximum response only without thinking how it shakes. By nature, the seismic design shall be to figure out the action of inertia forces by complex & dynamic loads including periodic and pulse-like characteristics, what we call seismic ground motion. And it shall be done under the dynamic condition. On the contrary, we engineers engineers have constructed the easy-to-use static loads and devoted ourselves to handle them. The structures with damping system shall be designed considering how the stiffness & damping to be applied to the structures against the inertia forces with the viewpoint of dynamic aspect. In this paper we reconsider the role of damping in vibration and give much thought to the basic of shake with damping from a standpoint of structural design. Then, we present some design examples based on them.
In structural optimization, static loads are generally utilized although real external forces are dynamic. Dynamic loads have been considered in only small-scale problems. Recently, an algorithm for dynamic response optimization using transformation of dynamic loads into equivalent static loads has been proposed. The transformation is conducted to match the displacement fields from dynamic and static analyses. The algorithm can be applied to large-scale problems. However, the application has been limited to size optimization. The present study applies the algorithm to shape optimization. Because the number of degrees of freedom of finite element models is usually very large in shape optimization, it is difficult to conduct dynamic response optimization with the conventional methods that directly threat dynamic response in the time domain. The optimization process is carried out via interfacing an optimization system and an analysis system for structural dynamics. Various examples are solved to verify the algorithm. The results are compared to the results from static loads. It is found that the algorithm using static loads transformed from dynamic loads based on displacement is valid even for very large-scale problems such as shape optimization.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.8
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pp.1363-1370
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2003
In structural optimization, static loads are generally utilized although real external forces are dynamic. Dynamic loads have been considered in only small-scale problems. Recently, an algorithm for dynamic response optimization using transformation of dynamic loads into equivalent static loads has been proposed. The transformation is conducted to match the displacement fields from dynamic and static analyses. The algorithm can be applied to large-scale problems. However, the application has been limited to size optimization. The present study applies the algorithm to shape optimization. Because the number of degrees of freedom of finite element models is usually very large in shape optimization, it is difficult to conduct dynamic response optimization with the conventional methods that directly threat dynamic response in the time domain. The optimization process is carried out via interfacing an optimization system and an analysis system for structural dynamics. Various examples are solved to verify the algorithm. The results are compared to the results from static loads. It is found that the algorithm using static loads transformed from dynamic loads based on displacement is valid even for very large-scale problems such as shape optimization.
Katkhuda, Hasan N.;Dwairi, Hazim M.;Shatarat, Nasim
Structural Engineering and Mechanics
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v.34
no.3
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pp.351-366
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2010
A novel system identification and structural health assessment procedure of steel framed structures with semi-rigid connections is presented in this paper. It is capable of detecting damages at the local element level under normal operating conditions; i.e., serviceability limit state. The procedure is a linear time-domain system identification technique in which the structure responses are required, whereas the dynamic excitation force is not required to identify the structural parameters. The procedure tracks changes in the stiffness properties of all the elements in a structure. It can identify damage-free and damaged structural elements very accurately when excited by different types of dynamic loadings. The method is elaborated with the help of several numerical examples. The results indicate that the proposed algorithm identified the structures correctly and detected the pre-imposed damages in the frames when excited by earthquake, impact, and harmonic loadings. The algorithm can potentially be used for structural health assessment and monitoring of existing structures with minimum disruption of operations. Since the procedure requires only a few time points of response information, it is expected to be economic and efficient.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.89-94
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2006
In this paper, the effects of the system parameters on the high cycle fatigue life based on structural dynamic analysis of a turbine blade are investigated. Conventional studies have forcused on the fatigue life of turbine blades with specific system parameters. However, each parameter has statistical deviation because of inhomogeneity of material property, tolerance, and operating conditions. Therefore a methodology that estimates the effects of system parameter on the fatigue lift deviation is demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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