Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.7
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pp.16-22
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2014
Automotive NVH on brake operation is mainly caused by a coupling action of vehicle speed and inter parts friction and its frequency occurs over a broad band of 0.1 kHz~10 kHz. Especially, squeal noise, being a self-excited vibration generated by friction force between drum and lining, occurs over 1 kHz and consequently dynamic instability is induced when friction energy is applied to a brake vibration system. The squeal strongly depends on nonlinear properties influenced by the material of lining, velocity of vehicle, and the dynamic properties of a brake system. The dynamic properties are considered as a main influential design factor to squeal noise, however the analysis of the properties are rarely facilitated due to arbitrariness of shape by wearing down. In this paper, we research generating tendency of squeal noise through complex eigenvalue analysis, tracking drum brake's unstable modes in accordance with the wear shape of drum and lining such as tapered and bellmouth shape, and analyze computed unstable modes by variable shapes.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.1
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pp.53-62
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2003
In this study, nonlinear aeroelastic characteristics of an supersonic missile wing with strong shock interferences are investigated. The missile wing model has a freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method is applied to structural vibration analysis based on finite element method. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are also considered in supersonic flow regions. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based coupled time-marching technique based on the fictitious mass method is used in the time-domain. Various aeroelastic computations have been performed for the nonlinear wing structure model. Linear and nonlinear aeroelastic analyses have been conducted and compared with each other in supersonic flow regions. Typical nonlinear limit cycle oscillations and phase plots are presented to show the complex vibration phenomena with simultaneous fluid-structure nonlinearities.
ANSYS multi-physics software was applied to solve the coupled dynamic problem related to a full-scale TLP foundation for floating wind turbines. In this coupled dynamics simulation, the forced oscillation imposed on the tethers' top resulting from the sway of the wind turbine platform and the self-excited vortex-induced vibration (VIV) along the tether span have been taken into account. The stability of this tensioned tether system has been validated in the form of separate static and dynamic analyses. The dynamic characteristics of the tensioned tether linked to the floating wind turbine were analyzed by the resultant modal form and its corresponding vortex shedding pattern. The calculated result shows that even a slight forced oscillation imposed on the tethers' top leads to the VIV amplification and enhances the risk of instability in the case of low pretension. It is also found that the "synchronization" would be aggravated when the top tension decreases and the "2P" vortex shedding mode takes place. The increased top tension imposed on the tethers contributes to the stability of the tensioned legs by diminishing the oscillation amplitude markedly.
As central-slotted box decks usually have excellent flutter performance, studies on this type of deck mostly focus on the vortex-induced vibration (VIV) control. Yet with the increasing span lengths, cable-supported bridges may have critical wind speeds of wind-induced static instability lower than that of the flutter. This is especially likely for bridges with a central-slotted box deck. As a result, the overall aerodynamic performance of such a bridge will depend on its wind-induced static stability. Taking a 1400 m-main-span cable-stayed bridge as an example, this study investigates the influence of a series of deck shape parameters on both static and flutter instabilities. Some crucial shape parameters, like the height ratio of wind fairing and the angle of the inner-lower web, show opposite influences on the two kinds of instabilities. The aerodynamic shape optimization conducted for both static and flutter instabilities on the deck based on parameter-sensitivity studies raises the static critical wind speed by about 10%, and the overall critical wind speed by about 8%. Effective VIV countermeasures for this type of bridge deck have also been proposed.
Fluid-elastic instability is believed to be a cause of the large-amplitude vibration and resulting rapid wear of heat exchanger tubes when the flow velocity exceeds a critical value. For sub-critical flow velocities, the random turbulence excitation is the main mechanism to be considered in predicting the long-term wear of steam generator tubes. Since flow-induced interactions of the tubes with tube supports in the sub-critical flow velocity can cause a localized tube wear, tube movement in the clearance between the tube and tube support as well as the normal contact force on the tubes by fluid should be maintained as low as possible. A simplified method is used for predicting fretting-wear damage of the double $90^{\circ}$U-bend tubes. The approach employed is based on the straight single-span tube analytical model proposed by Connors, the linear structural dynamic theory of Appendix N-1300 to ASME Section III and the Archard's equation for adhesive wear. Results from the presented method show a similar trend compared with the field data. This method can be utilized to predict the fretting-wear of the double $90^{\circ}$U-bend tubes in steam generators.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.1
s.71
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pp.39-46
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2006
This paper analyzes the continuous Galerkin method for the space-time discretization of wave equation. The method of space-time finite elements enables the simple solution than the usual finite element analysis with discretization in space only. We present a discretization technique in which finite element approximations are used in time and space simultaneously for a relatively large time period called a time slab. The weighted residual process is used to formulate a finite element method for a space-time domain. Instability is caused by a too large time step in successive time steps. A stability problem is described and some investigations for chosen types of rectangular space-time finite elements are carried out. Some numerical examples prove the efficiency of the described method under determined limitations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.12
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pp.2647-2655
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2002
This research presents an analytical model to investigate the stability due to the ball bearing waviness i n a rotating system supported by two ball bearings. The stiffness of a ball bearing changes periodically due to the waviness in the rolling elements as the rotor rotates, and it can be calculated by differentiating the nonlinear contact forces. The linearized equations of motion can be represented as a parametrically excited system in the form of Mathieu's equation, because the stiffness coefficients have time -varying components due to the waviness. Their solution can be assumed as a Fourier series expansion so that the equations of motion can be rewritten as the simultaneous algebraic equations with respect to the Fourier coefficients. Then, stability can be determined by solving the Hill's infinite determinant of these algebraic equations. The validity of this research is proved by comparing the stability chart with the time responses of the vibration model suggested by prior researches. This research shows that the waviness in the rolling elements of a ball bearing generates the time-varying component of the stiffness coefficient, whose frequency is called the frequency of the parametric excitation. It also shows that the instability takes place from the positions in which the ratio of the natural frequency to the frequency of the parametric excitation corresponds to i/2 (i=1,2,3..).
Kim, Wonsul;Yoshida, Akihito;Tamura, Yukio;Yi, Jin-Hak
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.95-103
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2016
In this paper, aeroelastic instability and aerodynamic damping ratio of a helical $180^{\circ}$ model which shows better aerodynamic behavior in both along-wind and crosswind responses on a super tall building was investigated by an aeroelastic model test, and the aerodynamic damping ratio was evaluated from the wind-induced responses of the model by using Random Decrement Technique. Aerodynamic damping ratios evaluated in this study were verified through comparison with previous results obtained by quasi-steady theory. As a result, the aeroelastic instability of the helical $180^{\circ}$ model in crosswind direction were not occurred for any conditions with increasing the reduced wind velocity while the square model generally encounters aeroinstability due to the vortex shedding. The aerodynamic damping in along-wind direction for the helical $180^{\circ}$ and the square model increased monotonically both with reduced wind velocity, i.e., there is no relation with modifications of building shapes. On the other hand, in crosswind direction, the characteristics of aerodynamic damping ratio with reduced wind velocity for helical $180^{\circ}$ model were quit different from those of the square model.
Due to interfacial ageing, chemical action and interfacial damage, the interface debonding may appear in the interfaces of composite laminates. Particularly, the laminates display a side-dependent effect at small scale. In this work, a three-dimensional (3D) and anisotropic thick nanoplate model is proposed to investigate the effects of imperfect interface and nonlocal parameter on the bending deformation, vibrational response and buckling stability of one-dimensional (1D) hexagonal quasicrystal (QC) layered nanoplates. By combining the linear spring model with the transferring matrix method, exact solutions of phonon and phason displacements, phonon and phason stresses of bending deformation, the natural frequencies of vibration and the critical buckling loads of 1D hexagonal QC layered nanoplates are derived with imperfect interfaces and nonlocal effects. Numerical examples are illustrated to demonstrate the effects of the imperfect interface parameter, aspect ratio, thickness, nonlocal parameter, and stacking sequence on the bending deformation, the vibrational response and the critical buckling load of 1D hexagonal QC layered nanoplate. The results indicate that both the interface debonding and nonlocal effect can reduce the stiffness and stability of layered nanoplates. Increasing thickness of QC coatings can enhance the stability of sandwich nanoplates with the perfect interfaces, while it can reduce first and then enhance the stability of sandwich nanoplates with the imperfect interfaces. The biaxial compression easily results in an instability of the QC layered nanoplates compared to uniaxial compression. QC material is suitable for surface layers in layered structures. The mechanical behavior of QC layered nanoplates can be optimized by imposing imperfect interfaces and controlling the stacking sequence artificially. The present solutions are helpful for the various numerical methods, thin nanoplate theories and the optimal design of QC nano-composites in engineering practice with interfacial debonding.
Damping ratio and frequency have influence on dynamic serviceability or instability such as vortex-induced vibration and displacement amplification due to earthquake and critical flutter velocity, and it is thus important to make determination of damping ratio and frequency accurate. As bridges are getting longer, small scale model test considering similitude law must be conducted to evaluate damping ratio and frequency. Analysis conditions modified by similitude law are applied to experimental test considering different scale ratios. Generally, Nyquist frequency condition based on natural frequency modified by similitude law has been used to determine sampling rate for different scale ratios, and total time length has been determined by users arbitrarily or by considering similitude law with respect to time for different scale ratios. However, Nyquist frequency condition is not suitable for multimode system with noisy signals. In addition, there is no specified criteria for determination of total time length. Those analysis conditions severely affect accuracy of damping ratio. The focus of this study is made on the determination of minimum analysis conditions for different scale ratios. Influence of signal to noise ratio is studied according to the level of noise level. Free initial value problem is proposed to resolve the condition that is difficult to know original initial value for free vibration. Ambient and free vibration tests were used to analyze the dynamic properties of a system using data collected from tests with a two degree-of-freedom section model and performed on full bridge 3D models of cable stayed bridges. The free decay is estimated with the stochastic subspace identification method that uses displacement data to measure damping ratios under noisy conditions, and the iterative least squares method that adopts low pass filtering and fourth order central differencing. Reasonable results were yielded in numerical and experimental tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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