This paper investigates the free and forced longitudinal vibration of a double nanorod system using doublet mechanics theory. The doublet mechanics theory is a multiscale theory spanning between lattice dynamics and continuum mechanics. Equations of motion and boundary conditions for the double nanorod system are obtained using Hamilton's principle. Clamped-clamped and clamped-free boundary conditions are considered. Frequencies and dynamic displacements are determined to demonstrate the effects of length scale parameter of considered material and geometry of the nanorods. It is shown that frequencies obtained by the doublet mechanics theory are bounded from above (van Hove singularity) and unlike classical elasticity theory doublet mechanics theory predicts finite number of modes depending on the length of the nanotube. The present doublet mechanics results have been compared to molecular dynamics, experimental and nonlocal theory results and good agreement is observed between the present and other mentioned results. The difference between wave frequencies of graphite is less than 10% between doublet mechanics and experimental results near to the end of the first Brillouin zone.
The paper summarizes the dynamic-based assessment of a reinforced concrete arch bridge, dating back to the 50's. The outlined approach is based on ambient vibration testing, output-only modal identification and updating of the uncertain structural parameters of a finite element model. The Peak Picking and the Enhanced Frequency Domain Decomposition techniques were used to extract the modal parameters from ambient vibration data and a very good agreement in both identified frequencies and mode shapes has been found between the two techniques. In the theoretical study, vibration modes were determined using a 3D Finite Element model of the bridge and the information obtained from the field tests combined with a classic system identification technique provided a linear elastic updated model, accurately fitting the modal parameters of the bridge in its present condition. Hence, the use of output-only modal identification techniques and updating procedures provided a model that could be used to evaluate the overall safety of the tested bridge under the service loads.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.29
no.1
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pp.39-55
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1993
Modal Analysis is the process of characterizing the dynamic properties of an elastic structure by identifying its modes of vibration. A mode of vibration is a global property of an elastic structure. That is, a mode has a specific natural frequency and damping factor which can be identified from response data at practically any point on a structure, and it has a characteristic mode shape which identifies the mode spatially over the entire structure. Modal testing is able to be performed on structural and mechanical structure in an effort to learn more about their elastic behavior. Once the dynamic properties of a structure are known its behavior can be predicted and therefore controlled or corrected. Resonant frequencies, damping factors and mode shape data can be used directly by a mechanical designer to pin point weak spots in a structure design, or this data can also be used to confirm or synthesize equations of motion for the elastic structure. These differential equations can be used to simulate structural response to know input forces and to examine the effects of pertubations in the distributed mass, stiffness and damping properties of the structure in more detail. In this paper the measurement of transfer functions in digital form, and the application of digital parameter identification techniques to identify modal parameters from the measured transfer function data are discussed. It is first shown that the transfer matrix, which is a complete dynamic model of an elastic plate structure can be written in terms of the structural modes of vibration. This special mathematical form allows one to identify the complete dynamics of the structure from a much reduced set of test data, and is the essence of the modal approach to identifying the dynamics of a structure. Finally, the application of transfer function models and identification techniques for obtaining modal parameters from the transfer function data are discussed. Characteristics on vibration response of elastic plate structure obtained from the dynamic analysis by Finite Element Method are compared with results of modal analysis.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.596-604
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2007
This article investigates the effects of geometric configuration on the vibro-acoustic characteristics of in-plane vibration of a thick annular disc. Disc thickness and outer radius for a given inner radius are selected as independent variables having reasonable ranges. Variations in structural eigensolutions for radial modes are investigated using pre-developed analytical method. Based on these data, far-field sound pressure distributions due to the modal vibrations for a given geometry are also calculated using an analytical solution. Modal sound powers and radiation efficiencies are calculated from the far-field sound pressure distributions and vibratory velocity distributions on the radial surfaces. Based on the results explained above, the geometric configuration that minimizes modal sound radiations in a given frequency range is determined. Finally sound power and radiation efficiency spectra for a unit harmonic force from the selected geometric configuration are obtained from structural and acoustic modal data using the modal expansion technique. Multi-modal sound radiations of the optimized disc that are obtained using proposed analytical methods are confirmed with numerical results. Using the procedure introduced in this article, sound radiation due to in-plane modes within a specific frequency range can be minimized by the disc geometry modifications in a comprehensive and convenient manner.
A recent work by the authors has demonstrated the feasibility of scour evaluation for Kao-Ping-Hsi Cable-Stayed Bridge simply based on ambient vibration measurements. To further attain the goal of scour monitoring, a key challenge comes from the interference of several environmental factors that may also significantly alter the pier frequencies without the change of scour depth. Consequently, this study attempts to investigate the variation in certain modal frequencies of this bridge induced by several environmental factors. Four sets of pier vibration measurements were taken either during the season of plum rains, under regular summer days without rain, or in a period of typhoon. These signals are analyzed with the stochastic subspace identification and empirical mode decomposition techniques. The variations of the identified modal frequencies are then compared with those of the corresponding traffic load, air temperature, and water level. Comparison of the analyzed results elucidates that both the traffic load and the environmental temperature are negatively correlated with the bridge frequencies. However, the traffic load is clearly a more dominant factor to alternate the identified bridge deck frequency than the environmental temperature. The pier modes are also influenced by the passing traffic on the bridge deck, even though with a weaker correlation. In addition, the variation of air temperature follows a similar tendency as that of the passing traffic, but its effect on changing the bridge frequencies is obviously not as significant. As for the effect from the alternation of water level, it is observed that the frequency baselines of the pier modes may positively correlate with the water level during the seasons of plum rains and typhoon.
Seung-Yeol Yoo;Jun-Gyo Jang;Min-Sung Jeon;Jae-Chul Lee;Dong-Hoon Kang;Soon-Sup Lee
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.6
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pp.441-449
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2023
With the enforcement of environmental regulations by the International Maritime Organization, the market for eco-friendly ships is expanding, and ships using electric propulsion devices are emerging as a promising solution. Many studies have been conducted to predict the failure of ships, but most of them are mainly research on the main diesel engine of ships. As the ship's propulsion method changes, new data is needed to predict the failure of electric propulsion ships. In this paper aims to analyze the failure characteristics of the electric propulsion system in consideration of the difference in the type of failure between the internal diesel engine and the electric propulsion system. The ship's propulsion unit assumed a DC motor and a signal pattern for normal conditions and general failure modes, but the failure record of the electric propulsion device operated on the actual ship was not available, so it generated a failure signal for small electric motor equipment to identify the failure signal. Assuming unbalance, misalignment, and bearing failure, which are the primary failure modes of the ship's electric motor, a failure signal was generated using a "rotator vibration data generator," and the frequency band, size, and phase difference of the measured vibration signal were analyzed to analyze the characteristics of each failure condition. Finally, the characteristics of each failure condition were identified so that the signals according to the failure type could be classified.
Kim, Do-Hyung;Han, Jae-Hung;Yang, Seung-Man;Kim, Dae-Hyun;Lee, In;Kim, Chun-Gon;Hong, Chang-Sun
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.4
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pp.294-301
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2002
Vibration control of a plate using an optical fiber sensor and a piezoelectric actuator is considered in the present study, An aluminum plate with attached Extrinsic Fabry-Perot Interferometer (EFPI) and piezoelectric actuator is prepared for experimental investigation. Vibration level of EFPI that can represent the mechanical strain without severe distortion Is validated by forced nitration experiment. A linear time invariant system model is constructed based on the experimentally obtained frequency responses, and an optimal controller is designed for the multi-modal vibration suppression. Control performance is presented in frequency and time domains. It is found that the nitration level of the first three modes can be greatly reduced. The effect of low-pass filtering used to eliminate high frequency noise on the stability and control performance is also considered.
Kim, Heui-Won;Lee, Soo-Mok;Kim, Kwan-Young;Bae, Jong-Gug
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.1044-1048
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2002
The experimental modal testing has been carried out for the stator of a generator to confirm the vibrational mode shapes and the corresponding natural frequencies. The model of the stator for the vibration analysis was developed and a series of vibration analyses was carried out. And the properties of the solid element were updated to reduce the differences of the natural frequencies between the measured and the analysed. In the vibration anlyses, the axial, radial and circumferential properties of the solid element were separately varied to take into account the orthotropic effect of the laminated structure and to match the primary modes of the stator core which were extracted from the modal testing. After several attempts to match the measured natural frequencies and model shapes, the properties of the stator model were determined. Comparison of the vibration analyses results based on the determined properties showed fairly good coincidence with the measured data.
A liquid storage rectangular tank structures are used in many fields of civil, mechanical and marine engineering. Especially, Ship structures have many tanks in contact with inner or outer fluid, like ballast, fuel and cargo tanks. Fatigue damages are sometimes observed in these tanks which seem to be caused by resonance with exciting force of engine and propeller. Vibration characteristics of these thin walled tanks in contact with fluid near engine propeller are strongly affected by added mass of containing fluid. Therefore it is essentially important to estimate the added mass effect to predict vibration of the tank structures. Many authors have studied vibration of cylindrical and rectangular tanks structures containing fluid. Few research on dynamic interaction among tank walls through fluid are reported in the vibration of rectangular tanks recently. In case of rectangular tanks, structural coupling between adjacent panels and effect of vibration modes of multiple panels on added mass have to be considered. In the present paper, coupling effect between panels of tank structure on added mass of containing fluid, the effect of structural constraint between panels on each vibration mode for fluid region have investigated numerically and experimentally.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.10
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pp.940-950
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2011
This paper reports a filtered velocity feedback(FVF) controller, which is an alternative to direct velocity feedback(DVFB) controller. The instability problems at high frequencies due to non-collocated sensor/actuator configuration with the DVFB can be alleviated by the proposed FVF controller. The FVF controller is designed to filter out the unstable high frequency response. The dynamics of a clamped plate under forces and moments and the FVF controllers are formulated. The stability of the control system and performance are investigated with the open loop transfer function(OLTF). It is found that the FVF controller has a higher gain margin than the corresponding DVFB controller owing to the rapid roll-off behavior at high frequencies. Although the gain margin cannot be fully utilized because of the enhancement at the high frequencies, the vibration at the modes lower than the tuning frequency is well controlled. This performance of the FVF controller is shown to be improved from that of the DVFB controller. It is, however, noted that the stability around the tuning frequency is very sensitive so that the enhancement in vibration level should be followed. The reduction performance at low frequencies using the FVF controller should be compromised with the enhancement in the vibration at high frequencies while designing the controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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