Riedman, Michelle;Sinh, Hung Nguyen;Letchford, Christopher;O'Rourke, Michael
Wind and Structures
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v.20
no.3
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pp.405-422
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2015
In previous model- and full-scale studies, high-amplitude vertical vibrations of mast-arm traffic signal structures have been shown to be due to vortex shedding, a phenomenon in which alternatingly shed, low-pressure vortices induce oscillating forces onto the mast-arm causing a cross-wind response. When the frequency of vortices being shed from the mast-arm corresponds to the natural frequency of the structure, a resonant condition is created causing long-lasting, high-amplitude vibrations which may lead to the fatigue failure of these structures. Turbulence in the approach flow is known to affect the cohesiveness of vortex shedding. Results from this full-scale investigation indicate that the surrounding terrain conditions, which affect the turbulence intensity of the wind, greatly influence the likelihood of occurrence of long-lasting, high-amplitude vibrations and also impact whether reduced service life due to fatigue is likely to be of concern.
In this study, result of a field investigation of railway traffic-induced vibrations is provided to examine acceptability levels of ground vibration and to evaluate the serviceability of a liquid-storage tank. Free field attenuation of the amplitudes as a function of distance is derived by six accelerometers and compared with a well-known half-space Bornitz's analytical solution which considers the loss of the amplitude of waves due to geometrical damping and material damping of Rayleigh. Bornitz's solution tends to overlap vertical free field vibration compared with in-situ measured records. The vibrations of the liquid-storage tank were compared with the USA, Federal Transportation Railroad Administration (FTA) criteria for acceptable ground-borne vibrations and with the criteria in DIN 4150-3 German standard. Comparing the thresholds stated in DIN 4150-3, absolute peak particle velocities are within the safe limits, however according to FTA velocity level at the top of the water tank exceeds the allowable limits. Furthermore, it is intended to indicate experimentally the effect of the kinematic interaction caused by the foundation of the structure on the free-field vibrations.
Under foundation shock mats have been used in the current practice in order to reduce/damp vibrations received by buildings through the surrounding environment. Although some investigations have been made on under foundation shock mats performance, their effectiveness in the reduction of railway induced-vibrations has not been fully studied, particularly with the consideration of underneath soil media. In this regard, this research is aimed at investigating performance of shock mat used beneath building foundation for reduction of railway induced-vibrations, taking into account soil-structure interaction. For this purpose, a 2D finite/infinite element model of a building and its surrounding soil media was developed. It includes an elastic soil media, a railway embankment, a shock mat, and the building. The model results were validated using an analytical solution reported in the literature. The performance of shock mats was examined by an extensive parametric analysis on the soil type, bedding modulus of shock mat and dominant excitation frequency. The results obtained indicated that although the shock mat can substantially reduce the building vibrations, its performance is significantly influenced by its underneath soil media. The softer the soil, the lower the shock mat efficiency. Also, as the train excitation frequency increases, a better performance of shock-mats is observed. A simplified model/method was developed for prediction of shock mat effectiveness in reduction of railway-induced vibrations, making use of the results obtained.
Wind-excited vibrations of slender structures can induce fatigue damage and cause structural failure without exceeding ultimate limit state. Unfortunately, the growing importance of this problem is coupled with an evident lack of simple calculation criteria. This paper proposes a mathematical method for evaluating the crosswind fatigue of slender vertical structures, which represents the dual formulation of a parallel method that the authors recently developed with regard to alongwind vibrations. It takes into account the probability distribution of the mean wind velocity at the structural site. The aerodynamic crosswind actions on the stationary structure are caused by the vortex shedding and by the lateral turbulence, both schematised by spectral models. The structural response in the small displacement regime is expressed in closed form by considering only the contribution of the first vibration mode. The stress cycle counting is based on a probabilistic method for narrow-band processes and leads to analytical formulae of the stress cycles histogram, of the accumulated damage and of the fatigue life. The extension of this procedure to take into account aeroelastic vibrations due to lock-in is carried out by means of ESDU method. The examples point out the great importance of vortex shedding and especially of lock-in concerning fatigue.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.6
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pp.117-123
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2015
An experimental study of model truss-type vertical gate consisting of a truss and a plate was presented in this paper to examine the structural dynamics of the gates. A 1:61 scale model was constructed for the 95 m prototype gate using an acrylic truss and an acrylonitrile butadiene styrene plate. The scaled model was tested in a 1.6 m wide concrete flume for two orientations to determine the effects of gate orientation on structural vibrations. Natural frequencies of the model gate was measured and calibrated with FEM predictions. Vertical vibrations were measured under various operational conditions, including a range of bottom opening heights and different upstream and downstream water levels. The gate model with reverse direction was preferred due to its low overall vibrational response and flow level combinations. The test results also provide a basic dataset for development of operations guidelines that minimize flow-induced vibrations of the gates.
We study the progressive full-scale wind tunnel tests on a high solidity vertical axis wind turbine (VAWT) for various tip speeds and pitch angles to understand the VAWT shaft system's dynamics using 0-1 Test for chaos. We identify that while varying rotor speed (tip speed) of the turbine, the system's dynamics change from periodic to chaotic through quasiperiodic and strange non-chaotic (SNA) states. The present study is the first experimental evidence for the existence of these states in the VAWT shaft system to the best of our knowledge. Using the asymptotic growth value Kc in 0-1 test, when the turbine operates at the low tip speeds and high pitch angles for low incoming wind speeds, the system behaves periodic (Kc ≈ 0). However, when the incoming wind speed increases further the system's dynamics shift from periodic to chaotic vibrations through quasi-periodic and SNA. This phenomenon is due to the dynamic stalling of blades which induces chaotic vibration in the VAWT shaft system. Further, the singular continuous spectrum method validates the presence of SNA and differentiates the SNA from chaotic vibrations.
This paper addresses the results of an experimental and analytical research of a helical coil spring subjected to dynamic behavior using space curve vector after considering elongation rate. Vibrations in helical coil spring can be divided into 3 modes such as vibrations of coil spring center axis' vertical direction. axis' horizontal direction, direction about center axis. However. these 3 modes are dependent one another and are characterized as coupled. The dependency was proved through both theoretically and experimentally analyzing the results of dynamic characteristics of coil spring center axis' vertical direction vibration by transfer matrix method using the governing equation of static equilibrium. Also this paper shows that pitch angle and active coils in coil spring affect the dynamic spring characteristics of the above 3 modes and are especially sensitive to the mode for vibration of axis' horizontal direction which most affects especially on dynamo stability of helical coil spring.
Using the dynamic model and simulation program TDA developed in the previous paper, effects of design parameters of an agricultural tractor-trailer system on its vertical seat vibrations were investigated. The tractor-trailer system was excited by traversing over a half-sine bump. The excitation frequencies were determined by traveling velocity of the tractor and a half-sine bump selected appropriately. TDA predicted the autospectra of the vertical seat accelerations with different values of design parameters and compared them to analyze their effects. The design parameters included positions of engine, cab, and seat mountings as well as their dynamic properties. The results of this study suggested guidelines with which an improved structure of tractor may be developed in the early stage of design for a better ride quality.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.1048-1052
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2003
This study aims to derive frequency weighting curves for the estimation of driver's discomfort by steering wheel vibration in the vertical and rotational direction with respect to a steering column. Subjective tests for the determination of equal sensation curves, inverse of frequency weighting curves, for the two kinds of vibrations were performed using the sinusoidal signals with reference amplitudes from 0.2m/s$^2$ to 0.4 m/s$^2$ in the frequency range from 5㎐ to 100㎐. Twelve subjects joined at the tests, and median values of the twelve judgments were used to determine the frequency weighting curves. Second experiment was followed to determine relative magnitude between the two frequency weighting curves by direct comparison of discomfort due to the two kinds of vibrations at 50㎐, which showed discomfort by the rotational vibration was 1.5 times of that by the vertical vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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