The use of shape memory alloys (SMAs) in dynamical systems has an increasing importance in engineering especially due to their capacity to provide vibration reductions. In this regard, experimental tests are essential in order to show all potentialities of this kind of systems. In this work, SMA springs are incorporated in a dynamical system that consists of a one degree of freedom oscillator connected to a linear spring and a mass, which is also connected to the SMA spring. Two types of springs are investigated defining two distinct systems: a pseudoelastic and a shape memory system. The characterisation of the springs is evaluated by considering differential calorimetry scanning tests and also force-displacement tests at different temperatures. Free and forced vibration experiments are made in order to investigate the dynamical behaviour of the systems. For both systems, it is observed the capability of changing the equilibrium position due to phase transformations leading to hysteretic behaviour, or due to temperature changes which also induce phase transformations and therefore, change in stiffness. Both situations are investigated by promoting temperature changes and also pre-tension of the springs. This article shows several experimental tests that allow one to obtain a general comprehension of the dynamical behaviour of SMA systems. Results show the general thermo-mechanical behaviour of SMA dynamical systems and the obtained conclusions can be applied in distinct situations as in rotor-bearing systems.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.2
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pp.177-184
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2008
The dynamic stability of elastically restrained cantilever pipe conveying fluid with crack is investigated in this paper. The pipe, which is fixed at one end, is assumed to rest on an intermediate spring support. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by the energy expressions using extended Hamilton's Principle. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments. The influence of a crack severity and position, mass ratio and the velocity of fluid flow on the stability of a cantilever pipe by the numerical method are studied. Also, the critical flow velocity for the flutter and divergence due to variation in the support location and the stiffness of the spring support is presented. The stability maps of the pipe system are obtained as a function of mass ratios and effect of crack.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.3
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pp.382-393
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2006
Mechanical system dynamics plays an important role in the area of computational structural biology. Elastic network models (ENMs) for macromolecules (e.g., polymers, proteins, and nucleic acids such as DNA and RNA) have been developed to understand the relationship between their structure and biological function. For example. a protein, which is basically a folded polypeptide chain, can be simply modeled as a mass-spring system from the mechanical viewpoint. Since the conformational flexibility of a protein is dominantly subject to its chemical bond interactions (e.g., covalent bonds, salt bridges, and hydrogen bonds), these constraints can be modeled as linear spring connections between spatially proximal representatives in a variety of coarse-grained ENMs. Coarse-graining approaches enable one to simulate harmonic and anharmonic motions of large macromolecules in a PC, while all-atom based molecular dynamics (MD) simulation has been conventionally performed with an aid of supercomputer. A harmonic analysis of a macroscopic mechanical system, called normal mode analysis, has been adopted to analyze thermal fluctuations of a microscopic biological system around its equilibrium state. Furthermore, a structure-based system optimization, called elastic network interpolation, has been developed to predict nonlinear transition (or folding) pathways between two different functional states of a same macromolecule. The good agreement of simulation and experiment allows the employment of coarse-grained ENMs as a versatile tool for the study of macromolecular dynamics.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.2
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pp.159-165
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2005
This paper designs observers for matrix second-order linear systems on the basis of generalized eigenstructure assignment via unified parametric approach. It is shown that the problem is closely related with a type of so-called generalized matrix second-order Sylvester matrix equations. Through establishing two general parametric solutions to this type of matrix equations, two unified complete parametric methods for the proposed observer design problem are presented. Both methods give simple complete parametric expressions for the observer gain matrices. The first one mainly depends on a series of singular value decompositions, and is thus numerically simple and reliable; the second one utilizes the right factorization of the system, and allows eigenvalues of the error system to be set undetermined and sought via certain optimization procedures. A spring-mass system is utilized to show the effect of the proposed approaches.
Kim, Soo Tae;Ju, Gyeong Jin;Park, Geon Jong;Choi, Young Hyu
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.8
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pp.43-52
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2022
The vibration characteristics of a hammer press are important parameters for machine design and production control. In this study, a counterblow hammer press was mathematically modelled as a mass-spring-damper system in order to analyze its vibration characteristics. The forging efficiency was theoretically derived as a function of the mass ratio, momentum ratio, and the coefficient of restitution And the effects of the mass ratio, momentum ratio and the restitution coefficient on the forging efficiency were also investigated for two particular cases of the unit mass ratio and unit momentum ratio. Additionally, the vibration responses of the counterblow hammer press due to the ram colliding impact were analyzed, and the force transmitted to the foundation through the mounting unit was determined.
The Pseudo-Excitation Method (PEM) is applied to study the stochastic space vibration responses of train-bridge coupling system. Each vehicle is modeled as a four-wheel mass-spring-damper system with two layers of suspension system possessing 15 degrees-of- freedom. The bridge is modeled as a spatial beam element, and the track irregularity is assumed to be a uniform random process. The motion equations of the vehicle system are established based on the d'Alembertian principle, and the motion equations of the bridge system are established based on the Hamilton variational principle. Separate iteration is applied in the solution of equations. Comparisons with the Monte Carlo simulations show the effectiveness and satisfactory accuracy of the proposed method. The PSD of the 3-span simply-supported girder bridge responses, vehicle responses and wheel/rail forces are obtained. Based on the $3{\sigma}$ rule for Gaussian stochastic processes, the maximum responses of the coupling system are suggested.
The Measurement of Pollution in the Troposphere (MOPITT) instrument is an eight-channel gas correlation radiometer launched on the Earth Observing System (EOS) Terra spacecraft in 1999. Its main objectives are to measure carbon monoxide (CO) and methane (CH4) concentrations in the troposphere. This work analyzes tropospheric carbon monoxide distributions using MOPITT data in East Asia and compared ozone distributions. In general, seasonal CO variations are characterized by a spring peak and decreased in the summer. Also, this work revealed that the seasonal cycles of CO are spring maximum and summer minimum with averaged concentrations ranging from 118ppbv to 170ppbv. The CO monthly means show a similar profiles to those of O3. This fact clearly indicates that the high concentration of CO in spring is caused by two possible causes: the photochemical CO production in the troposphere, transport of the CO in the northeast Asia. The CO and O3 seasonal cycles in northeast Asia are influenced extensively by the seasonal exchange of the different types of air mass due to the Asian monsoon. The continental air masses contain high concentrations of O3 and CO due to higher continental background concentrations and sometimes due to the contribution of regional pollution. In summer the transport pattern is reversed. The Pacific marine air masses prevail over Korea, so that the marine air masses bring low concentrations of CO and O3, which tend to give the apparent minimum in summer.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.10
no.5
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pp.78-84
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2001
The translation system is made up of springs, masses and a dashpot. This precise piece of equipment is controlled electro-mechanically by a motor and operating program. The control strategy of the system can be changed by spring stiffness, change of mass, and the damping coefficient of the dashpot. This system proves the necessity and effect of a closed loop control. In this paper, PD control experiments were implemented for the translation system. When the north falter was added on the PD controller, we compared the response characteristics of the two systems. The state feedback controller minimized scalar control gains and the resulting response characteristics of the system were studied using the LQR design. Finally, we improved the response characteristics of the translation system which are rising time, settling time, steady state error, and overshoot LQR was better as compared with PD control.
Damage detection based on a reference set of measured data usually has the problem of different environmental temperature in the two sets of measurements, and the effect of temperature difference is usually ignored in the subsequent model updating. This paper attempts to identify the structural damage including the temperature difference with artificial measurement noise. Both local damages and the temperature difference are identified in a gradient-based model updating method based on dynamic response sensitivity. The sensitivities of dynamic response with respect to the system parameters and temperature difference are calculated by direct integration method. The measured dynamic responses of the structure from two different states are used directly to identify the structural local damages and the temperature difference. A single degree-of-freedom mass-spring system and a planar truss structure are studied to illustrate the effectiveness of the proposed method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.193-200
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2004
In this study, the impact load on bridge by vessel collision in consideration of fender system is evaluated by numerical method. The bow of object vessel(DWT5000) is standardized, and modeled by shell elements. The main body of objective vessel is modeled by beam elements that present mass distribution and stiffness of vessel. The buoyancy effect of vessel is considered as linear spring. The two types of fender systems, such as steel and rubber are analyzed in this study. In steel fender system, the steel plates that absorb collision energy by its collapse are modeled by shell element with stiffener. The steel is material modeled elastic-plastic material. In the rubber fender system, the rubber material is modeled hyper-elastic material and the main body of fender is modeled by solid elements. The global impact responses of vessel and fender system are evaluated by explicit dynamic scheme. The results show that the magnitude of vessel collision force are depended on the material behavior of fender system. Also the values of collision load are conservative compare to the those of design codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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