Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of anchoring and bracing system on dynamic characteristics of façade scaffolding

Bęc Jarosław

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 4

493--506

EN

The basic dynamic characteristics of façade scaffolding are natural frequencies of vibrations and corresponding mode shapes. These properties affect the scaffolding safety, as well as comfort and safety of its users. Many of the dynamic actions present at scaffolding are in the low frequency range, i.e. below 10-15 Hz. The first natural frequency of a structure is usually in the range of 0.7 to 4 Hz which corresponds to resonant frequencies of human body and it means that vibrations induced at scaffolding may strongly affect the human comfort. The easiest way of increasing the rigidity of the structure is by ensuring correct boundary conditions (support, anchorage) and bracing of the structure. The numerical analysis was performed for the real scaffolding structure of medium size. The analysis consisted of natural frequencies calculation for the original structure and for models with modified bracing and anchoring systems. The bracing modifications were introduced by reducing or increasing the number of vertical bracing shafts. The anchor system was modified by reduction of the 6 anchors in the top right corner of the scaffolding in three stages or by evenly removing nearly 1/3 of the total number of anchors. The modifications of bracing and anchor systems resulted in changing the natural frequencies. The increase of natural frequencies due to higher number of anchors and more bracing is not even for all mode shapes. Bracing is more effective in acting against longitudinal vibrations, while anchoring against vibrations perpendicular to the façade.

PL

Rusztowania fasadowe to tymczasowe konstrukcje użytkowe wspomagające prace budowlane. Istotne jest zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji i pracowników, a także komfortowych warunków pracy ich użytkownikom poprzez zmniejszenie poziomów drgań docierających do nich. Podstawowe charakterystyki dynamiczne rusztowań fasadowych to częstotliwości drgań własnych oraz odpowiadające im postacie drgań. Pierwsza częstość drgań własnych w przypadku konstrukcji tego typu zazwyczaj mieści się w zakresie od 0,7 do 4 Hz, a więc są to wielkości zgodne z częstościami generowanymi przez wiele urządzeń działających na rusztowaniu, a także są one zbliżone do częstości rezonansowych części ciała ludzkiego. Częstotliwość drgań własnych uzależniona jest od rozmiarów rusztowania, jego masy oraz masy dodatkowej zgromadzonej na rusztowaniu (materiały budowlane, siatki ochronne i plandeki, użytkownicy rusztowania), a także od sztywności konstrukcji. Projektant pojedynczego rusztowania nie ma wpływu na elementy katalogowe systemu rusztowaniowego. Możliwe jest jednak zwiększenie sztywności rusztowania poprzez odpowiednio zaprojektowany system kotwienia konstrukcji rusztowania i przez prawidłowe stosowanie stężeń. Wymagany układ stężeń oraz rozstawy zakotwień w typowych rusztowaniach fasadowych można znaleźć w przepisach normowych lub katalogach producentów systemów rusztowań. Przeprowadzono obliczenia komputerowe przykładowego rusztowania fasadowego o średniej wielkości. Model metody elementów skończonych został stworzony w programie Autodesk Simulation Multiphysics 2013. Oryginalny model zawierał stężenia i zakotwienia zaproponowane przez projektanta konstrukcji rusztowania na podstawie wymagań producenta systemu. W kolejnych wariantach modyfikacji ulegała liczba pionów ze stężeniami, tj. z oryginalnej liczby pionów stężeń (3) pozostawiono 2 (rusztowanie słabo stężone), a następnie liczbę pionów stężeń zwiększono do 5 (rusztowanie przesztywnione). Podobnie, analizie poddano wpływ liczby zakotwień. Założono, że fragment konstrukcji pozostaje niezakotwiony, co wprowadzono do modelu przez eliminację 6 kotew w trzech etapach. Ostatni wariant modyfikacji oryginalnego sytemu zakotwień to równomierne usunięcie 10 spośród 36 ogółem punktów zakotwień. Wyniki obliczeń zostały zebrane w postaci pierwszych dziesięciu częstości drgań własnych. Analizowano także postacie drgań własnych, odpowiadające zbliżonym częstościom drgań. Zwiększenie liczby stężonych pól i większa liczba zakotwień powoduje zwiększenie częstotliwości drgań własnych. Nie jest to jednakowa zmiana dla wszystkich częstości i postaci. Stężenia mają większy wpływ na postaci związane z drganiami poziomymi wzdłuż fasady, podczas gdy liczba zakotwień wpływa istotnie na wartości związane z postaciami z przemieszczeniami prostopadle do fasady. Pozostawienie dużego obszaru pozbawionego zakotwień powoduje znaczne zmniejszenie przede wszystkim pierwszej częstości drgań własnych. Taka sytuacja jest niedopuszczalna, a mimo to spotykana w przypadku rusztowań zlokalizowanych przy istniejących budynkach, gdzie z powodów technologicznych kotwienie części konstrukcji jest utrudnione i czasem przez projektantów zaniedbywane. Należy również mieć na uwadze, że niedostateczne kotwienie i stężenie rusztowań fasadowych ma wpływ nie tylko na ich charakterystyki dynamiczne, ale także na wytężenie elementów konstrukcji. Może to prowadzić do stanów awaryjnych, mimo nieprzekroczenia dopuszczalnych wielkości obciążeń.

2

Possibilities of using the FEM optimization package to improve the structure of self-supporting stairs in a building

Jurkowski Sławomir, Kulawik Edmund

Journal of Engineering, Energy and Informatics

|

2021

|

No. 1

18--28

EN

The article presents the results of the analyzes on the influence of the optimization self-supporting staircase geometry on its strength and dynamic properties. The primary goal was to achieve a structure with a lower mass. The Topology Optimization tool from the ANSYS package allowed to the elimination of the finite elements carrying the smallest stresses from the structure. The iterative approach resulted in a systematic reduction of the model mass up to decrease by 40 (%). The reduction in the structure led to a decrease in its strength - the safety factor decreased from 5.95 to 4.92. The influence of the optimization of the structure on its dynamic properties was determined as an additional aim of the study.

PL

Artykuł przedstawia wyniki analiz dotyczące wpływu optymalizacji geometrii klatki schodowej o konstrukcji samonośnej na jej właściwości wytrzymałościowe oraz dynamiczne. Podstawowym celem było uzyskanie konstrukcji o mniejszej masie. Wykorzystanie narzędzia Topology Optimization z pakietu ANSYS pozwoliło na wyeliminowanie z konstrukcji elementów skończonych przenoszących najmniejsze naprężenia. Iteracyjne podejście skutkowało systematyczną redukcją masy modelu aż do założonego jej spadku o 40 (%). Redukcja ta doprowadziła do nieznacznego zmniejszenia wytrzymałości konstrukcji - współczynnik bezpieczeństwa zmniejszył się z poziomu 5,95 do 4,92. Jako dodatkowy cel badania założono ustalenie wpływu przeprowadzenia optymalizacji konstrukcji na jej cechy dynamiczne.

3

Residual life estimation of healthy and cracked composite beam using experimental and numerical modal analysis methods

Ramprasad Gedela, Ramakrishna Shinigam

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2020

|

Vol. 4, No 2

127--134

EN

Preventive maintenance is beneficial to minimize unexpected breakdowns in industries with continuous production. Composite structures are used for naval applications like ship hulls and marine propellers. In most of the industries, composite structural health analysis using experimental and numerical model are available for damage detection and estimate the residual life of composite beams. The present work is focusses on identification of damage and estimate residual life of composite healthy and cracked beams. Free vibrational analysis is carried out on composite beam made of Glass fiber reinforced polymer (GFRP) with a different crack orientation. A Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analyzer associated with engineering data management (EDM) software utilized for experimental analysis to detect presence of damage in cracked composite beam. Finite element method (FEM) software called Analysis of composite pre/post (ACP) available in ANSYS R3 is used to compare the natural frequency results of healthy composite beam with cracked composite beam with different ply orientations. For validation of numerical modal evaluation, the consequences acquired from ANSYS R3 Finite element analysis (FEA) software are in comparison with experimental results received by impact hammer method. The fatigue life of a damaged composite beam is estimated the use of “Hwang and Han’s” fatigue life equation.

4

Model order reduction of Mikota’s vibration chain including damping effects by means of proper orthogonal decomposition

Weber W. E., Zastrau B. W.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2018

|

Vol. 56 nr 2

511--521

EN

In engineering disciplines, both in scientific and practical applications, systems with a tremendous number of degrees of freedom occur. Hence, there is a need for reducing the computational effort in investigating these systems. If the system behaviour has to be calculated for many time instances and/or load scenarios, the need for efficient calculations further increases. Model order reduction is a common procedure in order to cope with such large systems. The aim of model order reduction is to reduce the (computational) effort in solving the given task while still keeping main features of the respective system. One approach of model order reduction uses the proper orthogonal decomposition. This approach is applied to Mikota’s vibration chain, a linear vibration chain with remarkable properties, where two cases of an undamped and a damped structure are investigated.

5

Spectral Properties of Circular Piezoelectric Unimorphs

Pustka M., Půst L.

Archives of Acoustics

|

2017

|

Vol. 42, No. 4

743--751

EN

The piezoelectric unimorphs are essential resonant components of many oscillating systems including electroacoustic devices. The unimorph spectral properties are namely dependent on geometric dimensions, applied materials and mounting. Preliminary dimensioning and optimization of unimorph shape are usually carried out prior to comprehensive design work mostly based on finite element method. Simple analytical model is a suitable tool for initial design phase. This paper presents a derivation of calculation model describing natural vibrations of a circular unimorph with the piezoelectric layer diameter smaller than the elastic layer diameter. The system of equations with closed-form solution is instrumental to calculation of resonant frequencies and mode shapes for unimorphs with clamped, simply supported and free circumference. The theoretical results are compared with vibration velocity measurement of clamped unimorph sample in a wide frequency range. Analytical model derived in this paper is used to assess the effect of the thickness tolerance on unimorph resonant frequencies.

6

Vibrational Properties of Sundatang Soundboard

Batahong R. Y., Dayou J., Wang S., Lee J.

Archives of Acoustics

|

2014

|

Vol. 39, No. 2

177--187

EN

This paper presents the measurement of vibrational properties of sundatang soundboard. Sundatang is a plucked stringed traditional musical instrument that is popular among the Kadazandusun communities in Sabah, Malaysia. The vibrational properties of the soundboard are measured using CADA-X impact hammering system in a condition where the instrument is without any string. There are two types of sundatang used in this study; one made from acacia and the other from vitex wood. In this measurement, frequency response functions (FRFs) and modal parameters of the top plate and back plate of this instrument are obtained. It is found that in free edge, fundamental frequency of both plates of acacia sundatang is greater than the vitex sundatang in a range of 112 Hz to 230 Hz. However, in clamped edge (attached to its ribs), it was modified to a lower frequency and closer to each other in the range of 55 Hz to 59 Hz. Another finding is the detection of the excitation of similar mode shape at different resonance frequencies. This phenomenon is termed as Different State of Mode (DSM) which is observed may be because the number of testing points is not enough. Findings of this study provide important information to the study of quality development of this instrument.

7

A new continuous model for flexural vibration analysis of a cracked beam

Behzad M., Ebrahimi A., Meghdari A.

Polish Maritime Research

|

2008

|

nr 2

32-39

EN

In this paper a new continuous model for vibration analysis of a beam with an open edge crack is presented. A quasi-linear displacement filed is suggested for the beam and the strain and stress fields are calculated. The equation of motion of the beam is calculated using the Hamilton principle. The calculated equation of motion is solved with a modified weighted residual method and the natural frequencies and mode shapes are obtained. The results are compared with those obtained by finite element method and an excellent agreement has been observed. The presented model is a simple and accurate method for analysis of the cracked beam behavior near or far from the crack tip.

8

Modal analysis of vibrating structures impregnated with crack

Das H. C., Parhi D. R.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2008

|

Vol. 13, no 3

639-652

EN

In the current investigation a dynamic analysis of the cracked cantilever beam is carried out. Local flexibility is being introduced due to the presence of a crack in the structural member that affects its dynamic response. For finding out the deviation in mode shapes and natural frequencies of the cracked cantilever beam the local stiffness matrices are taken into account. Theoretical expressions have been developed to calculate the natural frequencies and mode shapes of the cracked cantilever beam using local stiffness matrices. The strain energy release rate has been used for calculating the local stiffnesses of the beam. Suitable boundary conditions are taken into account at the crack location. Comparisons made between the numerical results and the corresponding experimental results show very good agreement and authenticate the theory developed.

9

Experimental approach to the design of piezo-active structure

Gosiewski Z., Czapko Ł., Koszewnik A.

Archive of Mechanical Engineering

|

2007

|

Vol. LIV, nr 2

155-166

EN

The examination of a smart beam is presented in the paper. Experimental investigations were carried out for flexible beam with one fixed end and free opposite end. Piezoelectric strips were glued on both sides of the beam. One strip works as a sensor, and the second one as an actuator. It is a single input and single output system. The study focuses on the analysis of natural frequencies and modes of the beam in the relation to the position of the piezoelements. The natural frequencies, mode shapes, generated control forces, and levels of the measured signals are considered and calculated as a functions of the piezoelement locations. We have found correlations between mode shapes, changes of natural frequencies, control forces and measured signals for the lowest four modes. In this way, we can find the optimal localization of the distributed sensors and actuator on the mechanical structure directly by the using of the finite elements method (FEM).

PL

Szybkie prototypowanie układu aktywnego sterowania drganiami wybranych konstrukcji z wykorzystaniem elementów piezoelektrycznych realizowane jest w czterech etapach: 1. Określenie optymalnego położenia piezoelementów pomiarowych i wykonawczych na konstrukcji dla przyjętych kryteriów. 2. Przyklejenie piezoelektryków i eksperymentalna identyfikacja modelu układu otwartego. 3. Zaprojektowanie praw sterowania i ich implementacja w wybranych sterownikach. 4. Weryfikacja eksperymentalna działania układu zamkniętego. W artykule skoncentrowano się na rozwiązaniu problemów związanych z pierwszym etapem. Badania przeprowadzono dla stalowej belki wraz przyklejonymi do niej obustronnie piezoelementami. Jeden z piezoelementów pracuje jako aktuator drugi zaś jako sensor. Przesuwając paski piezoelektryczne wzdłuż belki wyliczono zmiany wartości naturalnych częstotliwości własnych drgań belki, postaci drgań, sił sterujących oraz sygnałów pomiarowych. Na podstawie zebranych danych symulacyjnych zostały utworzone macierze korelacyjne dla pierwszych czterech postaci drgań. Wszystkie prezentowane badania zostały wykonane z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Wyznaczono położenia piezoelektryków dla których uzyskuje się największe wartości modalnych sił sterujących i modalnych sygnałów pomiarowych.

10

Numerical and experimental dynamic analysis of aluminium bridge deck panel

Łakota W., Siwowski T.

Archives of Civil Engineering

|

2005

|

Vol. 51, nr 4

587-607

EN

The contemporary progress of material engineering, which has led to development of new generation aluminium alloys with excellent strength and durability, has let to wider utilization of this material in civil and transportation engineering. The Department of Bridges at Rzeszów University of Technology has undertaken the research program to develop and implement an aluminium bridge deck system. The specific objective of this paper is to describe and demonstrate a computational and experimental procedure to characterize the dynamic behavior of multi-voided, aluminium bridge deck panel and for predicting the performance of the panel under dynamic load. The results of dynamic laboratory tests confirmed, that applied procedure modal analysis - let to determine, with required accuracy, the resonance frequencies and mode shapes of the panel. Besides numerical evaluation demonstrated that the natural frequencies of vibration and mode shapes of aluminium bridge deck panel could be accurately predicted with a commercial, general purpose, finite element code.

PL

Współczesny postęp inżynierii materiałowej, który doprowadził do powstania nowej generacji stopów aluminium o doskonałej wytrzymałości i trwałości, pozwala na coraz szersze zastosowanie tego materiału w inżynierii lądowej i komunikacyjnej. Katedra Mostów Politechniki Rzeszowskiej prowadzi program badawczy, mający na celu opracowanie i wdrożenie systemu pomostów aluminiowych, stosowanych do modernizacji istniejących mostów. Przedmiotem niniejszej pracy jest opis procedury obliczeniowej i badawczej, zastosowanych do wyznaczenia charakterystyki dynamicznej panelu pomostu aluminiowego oraz do prognozowania jego zachowań pod wpływem obciążeń dynamicznych. Wyniki laboratoryjnych badań dynamicznych potwierdziły, że zastosowana procedura - analiza modalna - pozwala na wyznaczenie, z pożądaną dokładnością, zarówno części rezonansowych jak również postaci drgań własnych panelu aluminiowego. Ponadto analiza numeryczna wykazała, że częstości i postaci drgań własnych panelu mogą być również z zadowalającą dokładnością prognozowane przy użyciu modelu numerycznego MES.

11

Exact solutions for free longitudinal vibration of bars with non-uniform Cross-sections

Li Q. S.

Applied Mechanics and Engineering

|

2000

|

Vol. 5, no 3

521-541

EN

Using appropriate transformations, the differential equations of free longitudinal vibration of bars with variably distributed mass and axial stiffness are reduced to Bessel?s equations or ordinary differential equations with constant coefficients by selecting suitable expressions, such as power functions and exponential functions, for the distributions of mass and axial stiffness. Exact analytical solutions to determine the longitudinal natural frequencies and mode shapes for a one step non-uniform bar are derived and used to obtain the general solution and the frequency equation of a multi-step non-uniform bar with various boundary conditions, including non-classical cases. This approach which combines the transfer matrix method and closed form solutions of one step bars leads to a single frequency equation for any number of steps.