Experimental and numerical studies of inclined cables: free and parametrically-forced vibrations

• Autorzy: Rega G. , Srinil N. , Alaggio R.

Warianty tytułu

PL

Doświadczalne i numeryczne badania obciążonych lin ukośnych: drgania swobodne i wymuszone parametrycznie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Because of few experimental studies in the inclined cable literature, this paper is aimed at experimental modelling and investigating the linear free and nonlinear forced vibrations of sagged inclined cables, by discussing the relevant outcomes in the background of theoretical and numerical achievements. Attention is paid to the identification of cable hybrid modes due to system asymmetry, which gives rise to an avoidance phenomenon in the natural frequency spectrum, and to the investigation of some typical 3-D nonlinear dynamics involving the simultaneous parametric/external excitation due to a harmonically time-varying support movement. Large-amplitude out-of-plane/in-plane multi-modal interactions due to non-planar/planar internal resonances are experimentally observed and complemented by space-time numerical simulation of the associated, geometrically nonlinear, partial-differential equations of parametrically-forced cable motion. Overall, the experimental and numerical results highlight the fundamental linear/nonlinear dynamic characteristics of inclined cables, and the crucial role played by the asymmetry induced by cable inclination, in addition to the significant effects of cable sag and dynamic extensibility.

PL

Ubogie opracowania literaturowe dotyczące badań eksperymentalnych ukośnych lin przenoszących obciążenie skłoniły autorów tej pracy do zajęcia się problemem mo- delowania liniowych i nieliniowych drgań ugiętych lin ukośnych w oparciu o dyskusję otrzymanych wyników badań teoretycznych i numerycznych. Uwagę skoncentrowano na identyfikacji hybrydowych postaci drgań własnych lin wywołanych asymetrią, która prowadzi do tzw. zjawiska unikania częstości dającego się zaobserwować w spektrum układu. Dokonano analizy trójwymiarowego układu z uwzględnieniem jednoczesnego działania parametrycznego/zewnętrznego wymuszenia ruchem harmonicznym punktu zamocowania liny. Wielomodalne płaskie i niepłaskie wzajemne oddziaływania o dużej amplitudzie wywołane płaskimi i niepłaskimi rezonansami wewnętrznymi potwierdzono doświadczalnie i przewidziano w drodze symulacji numerycznych cząstkowych różniczkowych równań ruchu liny z nieliniowością geometryczną przy wzbudzeniu para- metrycznym. Otrzymane rezultaty badań doświadczalnych i numerycznych uwypukliły charakterystyczne cechy liniowej/nieliniowej dynamiki lin ukośnych ze szczególnym podkreśleniem roli asymetrii w układzie spowodowanej niezerowym kątem nachylenia liny, towarzyszącej pozostałym efektom, takim jak zwis i dynamiczna rozszerzalność.

Słowa kluczowe

EN

inclined cable; frequency avoidance; hybrid modes; numerical simulation

PL

symulacje numeryczne; liny ukośne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 46 nr 3
• Strony: 621--640
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rega G.

autor

Srinil N.

autor

Alaggio R.

• SAPIENZA University of Rome, Department of Structural and Geotechnical Engineering, Italy,

Bibliografia

• 1. Alaggio R., Rega G., 2000, Characterizing bifurcations and classes of motion in the transition to chaos through 3D-tori of a continuous experimental system in solid mechanics, Physica D, 137, 70-93
• 2. Benedettini F., Rega G., 1997, Experimental investigation of the nonlinear response of a hanging cable. Part II: Global analysis, Nonlinear Dynamics, 14, 119-138
• 3. Burgess J.J., Triantafyllou M.S., 1988, The elastic frequencies of cables, Journal of Sound and Vibration, 120, 153-165
• 4. Cheng S.P., Perkins N.C., 1994, Theoretical and experimental analysis of the forced response of sagged cable/mass suspensions, ASME Journal of Applied Mechanics, 61, 944-948
• 5. Ibrahim R.A., 2004, Nonlinear dynamics of suspended cables. Part III: Random excitation and interaction with fluid flow, ASME Applied Mechanics Reviews, 57, 515-549
• 6. Irvine H.M., 1981, Cable Structures, MIT Press, Cambridge, MA
• 7. Irvine H.M., Caughey T.K., 1974, The linear theory of free vibrations of a suspended cable, Proceedings of the Royal Society London, A341, 299-315
• 8. Koh C.G., Rong Y., 2004, Dynamic analysis of large displacement cable motion with experimental verification, Journal of Sound and Vibration, 272, 187-206
• 9. Lee C.L., Perkins N.C., 1993, Experimental investigation of isolated and simultaneous internal resonances in suspended cables, In: Nonlinear Vibrations, Ibrahim R.A., Bajaj A.K., Bergman L.A. (Eds), ASME, DE-54, 21-31
• 10. Perkins N.C., 1992,Modal interactions in the non-linear response of elastic cables under parametric/external excitation, International Journal of Non-linear Mechanics, 27, 233-250
• 11. Rega G., 2004, Nonlinear dynamics of suspended cables, Part I: Modeling and analysis; Part II: Deterministic phenomena, ASME Applied Mechanics Reviews, 57, 443-514
• 12. Rega G., Alaggio R., Benedettini F., 1997, Experimental investigation of the nonlinear response of a hanging cable. Part I: Local analysis, Nonlinear Dynamics, 14, 89-117
• 13. Rega G., Srinil N., 2007, Nonlinear hybrid-mode resonant forced oscillations of sagged inclined cables at avoidances, ASME Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 2, 324-336
• 14. Russell J.C., Lardner T.J., 1998, Experimental determination of frequencies and tension for elastic cables, ASCE Journal of Engineering Mechanics, 124, 1067-1072
• 15. Srinil N., Rega G., 2007a, The effects of kinematic condensation on internally resonant forced vibrations of shallow horizontal cables, International Journal of Non-Linear Mechanics, 42, 180-195
• 16. Srinil N., Rega G., 2007b, Two-to-one resonant multi-modal dynamics of horizontal/inclined cables, Part II: Internal resonance activation, reduced-order models and nonlinear normal modes, Nonlinear Dynamics, 48, 253-274
• 17. Srinil N., Rega G., 2008, Space-time numerical simulation and validation of analytical predictions for nonlinear forced dynamics of suspended cables, Journal of Sound and Vibration, 315, 394-413
• 18. Srinil N., Rega G., Chucheepsakul S., 2003, Large amplitude three-dimensional free vibrations of inclined sagged elastic cables, Nonlinear Dynamics, 33, 129-154
• 19. Srinil N., Rega G., Chucheepsakul S., 2004, Three-dimensional nonlinear coupling and dynamic tension in the large amplitude free vibrations of arbitrarily sagged cables, Journal of Sound and Vibration, 269, 823-852
• 20. Srinil N., Rega G., Chucheepsakul S., 2007, Two-to-one resonant multimodal dynamics of horizontal/inclined cables, Part I: Theoretical formulation and model validation, Nonlinear Dynamics, 48, 231-252
• 21. Structural Vibration Solution Aps, 2002, ARTeMIS Extractor Software Version 3.2, NOVI Science Park, Niels Jernes Vej 10, Aalborg East, Denmark
• 22. Triantafyllou M.S., 1984, Linear dynamics of cables and chains, Shock and Vibration Digest, 16, 9-17
• 23. Triantafyllou M.S., 1987, Dynamics of cables and chains, Shock and Vibration Digest, 19, 3-5
• 24. Triantafyllou M.S., 1991, Dynamics of cables, towing cables and mooring systems, Shock and Vibration Digest, 23, 3-8
• 25. Triantafyllou M.S., Grinfogel L., 1986, Natural frequencies and modes of inclined cables, ASCE Journal of Structural Engineering, 112, 139-148
• 26. Xu Y.L., Zhan S., Ko J.M., Yu Z., 1999, Experimental study of vibration mitigation of bridge stay cables, ASCE Journal of Structural Engineering, 125, 977-986