A limited and extendable master thesis is representing the first step in the experimental substructuring of an A600 wind turbine. Additional masses have been designed, manufactured and added to the sub components for the laboratory experimental tests. Further preparations for dynamic experimental tests have been described and implemented. Vibrational tests of a modified wind turbine blade have been made using the Leuven Measurements System (LMS) for excitations and data acquisition purposes. The theory of frequency response function based substructuring applied on the wind turbine blade model is demonstrated. The theory and an example of a Matlab coded spring-mass system, an experimental model of a wind turbine blade and FRFs stemming from measurements are reported.

No description available.

In this work, the time varying stresses in a Howden axial flow fan are obtained by finite element analyses. Dynamic substructuring is used to obtain accurate values of the stresses in the threads of the blade shaft, the component which connects the blade with the hub. Three different global models are used to compare the influence of neglecting the fan shaft and the stiffness influence of the centrifugal force. The relative displacements, which are obtained from the global models, have been used as boundary condition in the detailed models. The detailed models are used to obtain the Von Mises stresses in the root of the threads of the blade shaft. Finally the results of the three global models are compared with experimental measured data provided by Howden. The experimental data results in the highest Von Mises stresses. The model with the fan shaft and the stiffness influence of the centrifugal force gives values for the Von Mises stresses which are approximately twenty percent lower. The model without the fan shaft results in the lowest stresses which are approximately forty percent lower than the stresses obtained using the measured data.

Successful race teams rely heavily on track testing to search for the ideal suspension setup. As more restrictions are placed on the amount of on-track testing by major racing sanctioning bodies, such as NASCAR, teams have increased their attention to alternate testing methods to augment their track data and better understand the dynamics of their racecars. One popular alternate to track testing is 8-post dynamic shaker rig testing. Eight-post rig testing gives the team a better understanding of the vehicle's dynamics before they arrive at the race track, allowing them to use their limited track testing time more efficiently. While 8-post rig testing certainly is an attractive option, an extensive test matrix is often required to find the best suspension setups. To take full advantage of 8-post rig tests, more efficient experimental methods are needed. Since investigating shock absorber selection is often the most time-consuming task, this study focuses on developing more efficient methods to select the best shock absorber setups. This study develops a novel method that applies dynamic substructuring and system identification to generate a mathematical model that predicts the results of future tests as both command inputs and components are changed. This method is used to predict the results of 8-post rig tests as actuator commands and shock absorber forces are varied. The resulting model can then be coupled with shock absorber models to simulate how the vehicle response changes with shock absorber selection. This model can then be applied to experimental design. First, a physically-motivated nonlinear dynamic shock absorber model is developed, suitable for quickly fitting experimental data and implementing in simulation studies. Next, a system identification method to identify a vehicle model using experimental data is developed. The vehicle model is then used to predict response trends as shock absorber selection is varied. Comparison of simulation and experimental results show that this model can be used to predict the response levels for 8-post rig tests and aid in streamlining 8-post rig testing experimental designs. / Ph. D.

The field of modal testing and analysis is currently facing a surge of interest in error modelling. Several errors which occur during testing campaigns are modelled analytically or numerically and propagated to various system coupling and interface reduction routines effectively. This study aims to propagate human errors, like position measurement errors and orientation measurement errors, and random noise-based errors in the measured Frequency Response Functions(FRFs) to the interface reduction algorithm called Virtual Point Transformation(VPT) and later to a substructure coupling method called Frequency-Based Substructuring(FBS). These methods form the cornerstone for Transfer Path Analsysis (TPA). Furthermore, common sources of error like sensor mass loading effect and sensor misalignment have also been investigated. Lastly, a new method to calculate the sensor positions and orientations after a measurement has been devised based on rigid body properties of the system and from the applied force characteristics. The error propagation was performed using a computationally efficient, moment method of the first order and later validated using Monte-Carlo simulations. The results show that the orientation measurement error is the most significant followed by FRF error and position measurement error. The mass loading effect is compensated using the Structural Modification Using Response Functions (SMURF) method and the sensor misalignment is corrected using coordinate transformation. The sensor positions and orientations are accurately estimated from rigid body properties and applied force characteristics; individually using matrix algebra and simultaneously using an optimization-based non-linear least squares solver. / För närvarande ser vi ett ökat intresse för felmodellering inom området modal provning och analys. Flera fel som uppstår under testserier modelleras analytiskt eller numeriskt och propageras effektivt till olika systemkopplings- och gränssnittsreduktionsrutiner. Denna studie syftar till att hantera mänskliga fel, som positionsmätningsfel och orienteringsmätfel, och slumpmässiga brusbaserade fel i de uppmätta frekvensresponsfunktionerna (FRF) till den gränssnittsreduktionsalgoritm, som kallas ”Virtual Point Transformation” (VPT), och senare till en substrukturskopplingsmetod, som kallas FBS (Frequency-Based Substructuring). Dessa metoder utgör hörnstenen för ”Transfer Path Analsysis” (TPA). Dessutom har vanliga felkällor som sensormassbelastningseffekter och felorientering av sensorer undersökts. Slutligen har en ny metod för att beräkna sensorns positioner och riktningar, efter att mätning gjorts, baserat på systemets stelkroppsegenskaper och de applicerade krafterna. Felpropageringen estimerades med en beräkningseffektiv, momentmetod av första ordningen och validerades senare med Monte-Carlo-simuleringar. Resultaten visar att orienteringsmätfelet är den mest signifikanta felkällan följt av FRF-fel och positionsmätningsfel. Massbelastningseffekten kompenseras med hjälp av ”Structural Modification Using Response Functions” (SMURF) -metoden och sensorjusteringen korrigeras med hjälp av koordinatomvandling. Sensorpositionerna och positioner och orientering beräknas exakt från stelkroppsegenskaperna och de applicerade krafterna; individuellt med matrisalgebra och samtidigt med en optimeringsbaserad icke-linjär minsta kvadratlösare.

In dynamic substructuring, a complex structure is divided into multiple substructures that can be analysed individually and these individual component responses are coupled together to obtain the global response of the whole structure. Dynamic substructuring can be performed on substructure models that are identified either experimentally or analytically. For dynamic substructuring to be successful, it is very essential to have the precise information of the connection points or the interfaces between the substructures. The method has been extensively used with analytical models in most of the available standard finite element software packages where the information about all degrees of freedom is known. However, it is difficult to get the information about all connection degrees of freedom from the measurements and experimental substructuring is thus limited in its use compared to analytical substructuring. In order to overcome these difficulties, the Transmission Simulator method commonly also known as Modal Constraints for Fixture and Subsystem method can be used. In this method, an additional fixture called Transmission Simulator which is available both physically and analytically, is attached to the substructures at the interfaces and their respective responses are measured. The substructures could be analytical as well as experimental. The coupling is done by constraining the transmission simulator on the substructures to have the same motion and the effect of the transmission simulator is later removed from the coupled structure by subtracting the analytical transmission simulator model. This method has been successfully implemented for Component Mode Synthesis and Frequency Based Substructuring for structures with multiple connection points at a single location. In this thesis work, frequency response function based experimental–analytical dynamic substructuring using the transmission simulator is performed on a rear subframe and rear differential unit assembly of a Volvo XC90 car where the differential unit is connected to the subframe at three locations. The aim of this work is to verify the Transmission Simulator Method for multiple location connection points using the frequency response functions and build confidence on the methodology in order to be used for future work at Volvo Car Corporation.

Dynamic Substructuring is a powerful tool for simplification of the analysis of complex structures and it has been well established along the years in analytical calculations by means of the Craig-Bampton technique. Recently, a new branch of substructuring, the Experimental Dynamic Substrucuring, appeared as a promising field of research for the engineering community. This area presents several intrinsic difficulties, evincing a need to develop the traditional substructuring methods towards obtaining better results using the experimental approach. In this scenery, the Transmission Simulator technique emerges as an instrument for potential improvement of the achieved results. This work represents a study on the use of the Transmission Simulator technique in the analysis of an Ampair A600 wind turbine blade subjected to loads at the interface to the hub, and it is a part of the benchmarking studies of SEM (Society of Experimental Mechanics). The work consisted of collecting experimental data via vibration tests of a single blade connected to different sizes of transmission simulators. After that, a mathematical representation of the blade was obtained via subtraction of the effect of the transmission simulators via substructuring technique. The computed model was subsequently coupled to a model of the remainder of the wind turbine (the hub plus two blades), and the results were compared to data acquired in tests of the whole assembly. The final findings did not reflect the theory prospects and further investigation is necessary to evaluate the effectiveness of the used methodology.

Les méthodes de modification structurale sont l'ensemble des techniques qui permettent d'estimer l'influence d'une modification quelconque sur le comportement dynamique d'une structure. Dans le cadre général, le modèle de comportement de la structure cible, comme celui de la modification, peut être aussi bien numérique qu'expérimental. Dans le cadre de ce travail, seul le cas particulier du couplage d'un modèle expérimental de la structure et d'un modèle numérique de la modification sera traité.<br />Les concepts fondamentaux utilisés dans cette thèse sont ensuite présentés. Les relations de la dynamique des structures pour les problèmes discrets sont rappelées, ainsi que les principes de la synthèse modale, de la sous-structuration dynamique et de la réduction de modèle, tout comme la notion de modes d'interface. Les formulations classiques des méthodes de modification structurale sont ensuite détaillées pour en illustrer les limitations et les restrictions.<br />Une formulation originale permettant de prendre en compte les incompatibilités entre les mesures et les DDL de l'interface structure/modification et de régulariser la construction d'un modèle de comportement couplé est alors proposée. Cette première contribution de la thèse repose sur l'utilisation des techniques d'expansion de données et de réduction de modèle. Des indicateurs sont également construits pour estimer la cohérence de la prédiction réalisée. Les évolutions sont appliquées au cas d'un démonstrateur numériques et les résultats sont comparés avec les prédictions réalisées par les méthodes classiques. La méthodologie associée à cette nouvelle formulation est alors largement exposée.<br />L'influence des différents facteurs intervenant dans la construction du modèle couplé et la qualité de la prédiction est ensuite analysée en détail. Cette analyse permet de dresser une liste non exhaustive des précautions à prendre lors de la mise en œuvre de la méthode proposée, depuis la réalisation pratique de l'analyse modale expérimentale jusqu'à l'interprétation des premiers résultats.<br />Enfin, plusieurs applications sont présentées. Une première structure académique démontre la faisabilité de la méthode. Une deuxième étude, réalisée sur un cas industriel, illustre les gains de temps potentiels en comparant la prédiction avec les résultats d'une étude basée sur un modèle EF recalé de la structure. La troisième étude illustre l'application de la méthode dans un cas type. L'analyse modale de la structure cible permet de comprendre le problème, une modification est conçue, réalisée et mise en place. La prédiction est ensuite comparée aux résultats de l'analyse modale de la structure modifiée. Enfin, la dernière application montre les limites de la méthodologie. L'étude multi-objectifs sur une large bande de fréquences d'une structure industrielle permet de faire une ouverture vers la suite des travaux et montre la nature des difficultés à surmonter.

No description available.

Abstract: Highway bridges have great values in a country because in case of any natural disaster they may serve as lines to save people’s lives. Being vulnerable under significant seismic loads, different methods can be considered to design resistant highway bridges and rehabilitate the existing ones. In this study, base isolation has been considered as one efficient method in this regards which in some cases reduces significantly the seismic load effects on the structure. By reducing the ductility demand on the structure without a notable increase of strength, the structure is designed to remain elastic under seismic loads. The problem associated with the isolated bridges, especially with elastomeric bearings, can be their excessive displacements under service and seismic loads. This can defy the purpose of using elastomeric bearings for small to medium span typical bridges where expansion joints and clearances may result in significant increase of initial and maintenance cost. Thus, supplementing the structure with dampers with some stiffness can serve as a solution which in turn, however, may increase the structure base shear. The main objective of this thesis is to provide a simplified method for the evaluation of optimal parameters for dampers in isolated bridges. Firstly, performing a parametric study, some directions are given for the use of simple isolation devices such as elastomeric bearings to rehabilitate existing bridges with high importance. Parameters like geometry of the bridge, code provisions and the type of soil on which the structure is constructed have been introduced to a typical two span bridge. It is concluded that the stiffness of the substructure, soil type and special provisions in the code can determine the employment of base isolation for retrofitting of bridges. Secondly, based on the elastic response coefficient of isolated bridges, a simplified design method of dampers for seismically isolated regular highway bridges has been presented in this study. By setting objectives for reduction of displacement and base shear variation, the required stiffness and damping of a hysteretic damper can be determined. By modelling a typical two span bridge, numerical analyses have followed to verify the effectiveness of the method. The method has been used to identify equivalent linear parameters and subsequently, nonlinear parameters of hysteretic damper for various designated scenarios of displacement and base shear requirements. Comparison of the results of the nonlinear numerical model without damper and with damper has shown that the method is sufficiently accurate. Finally, an innovative and simple hysteretic steel damper was designed. Five specimens were fabricated from two steel grades and were tested accompanying a real scale elastomeric isolator in the structural laboratory of the Université de Sherbrooke. The test procedure was to characterize the specimens by cyclic displacement controlled tests and subsequently to test them by real-time dynamic substructuring (RTDS) method. The test results were then used to establish a numerical model of the system which went through nonlinear time history analyses under several earthquakes. The outcome of the experimental and numerical showed an acceptable conformity with the simplified method. / Résumé: Les ponts routiers ont une grande valeur dans un pays parce qu’en cas de catastrophe naturelle, ils peuvent servir comme des lignes pour sauver des vies. Étant vulnérable sous des charges sismiques importantes, on peut considérer différentes méthodes pour concevoir des ponts routiers résistants et également pour réhabiliter des ponts existants. Dans cette étude, l'isolation de la base a été considérée comme une méthode efficace qui peut réduire significativement les effets des charges sismiques sur la structure. En réduisant la demande en ductilité sur la structure sans une augmentation notable de force, la structure est conçue pour rester élastique sous des charges sismiques. Le problème associé aux ponts isolés, particulièrement avec des appuis en élastomère, peut être leurs déplacements excessifs sous les charges de service et de séisme. Ceci peut défier l’objectif d'utiliser des appuis en élastomère pour les ponts typiques de petite portée où les joints de dilatation et les dégagements peuvent aboutir à une augmentation significative des frais d'exploitation et de maintenance. Ainsi, supplémenter la structure avec des amortisseurs d’une certaine rigidité peut servir de solution, ce qui peut cependant augmenter l’effort tranchant transmis à la sous-structure. Cette étude a pour but de fournir une méthode simplifiée afin d’évaluer les paramètres optimaux des amortisseurs dans les ponts isolés. Dans cette thèse, premièrement, basé sur une étude paramétrique, quelques directions sont données pour l'utilisation de dispositifs d'isolation simples, dont les appuis en élastomère, afin de réhabiliter des ponts existant avec une haute importance. Les paramètres comme la géométrie du pont, les clauses des normes et le type de sol sur lequel la structure est construite ont été appliqués sur un pont typique de deux portées. Il est conclu que les paramètres mentionnés peuvent déterminer l'emploi d'isolement de la base des ponts routiers. À la deuxième phase, basé sur le coefficient de réponse élastique des ponts isolés, une méthode de conception simplifiée d’amortisseur pour des ponts routiers réguliers isolés à la base a été présentée dans cette étude. En sélectionnant des objectifs pour la réduction du déplacement et la variation de l’effort tranchant, la rigidité et l'amortissement exigés d'un amortisseur hystérétique peuvent être déterminés. L’étude s’est poursuivie par une modélisation numérique d’un pont à deux portées pour vérifier l'efficacité de la méthode. Pour un modèle numérique d'un pont isolé typique, la méthode a été utilisée pour identifier des paramètres linéaires équivalents pour un certain déplacement et effort tranchant désigné. Par la suite, assumant un amortisseur de type hystérétique, les paramètres non linéaires de l’amortisseur ont été calculés et utilisés. La comparaison des résultats du modèle numérique sans amortisseur et avec l'amortisseur a démontré que la méthode proposée est suffisamment précise. Par la suite, un nouvel amortisseur hystérétique simple en acier a été conçu. Cinq spécimens ont été fabriqués de deux différents grades d’acier et ont été testés en combinaison avec un isolateur à l’échelle réelle dans le laboratoire de structures de l'Université de Sherbrooke. La procédure comprenait la caractérisation des spécimens par des tests cycliques en contrôle de déplacement et par la suite la réalisation d’essais par la méthode de sous-structuration dynamique en temps réel. Les résultats des essais ont été utilisés pour établir un modèle numérique du système qui a subi des analyses temporelles non linéaires sous plusieurs séismes. Le résultat des essais expérimentaux et numériques montrent une conformité acceptable avec la méthode simplifiée.