The flutter and buckling analysis of a beam structure subjected to a static follower force is completely studied in the paper. The beam is fixed in the transverse direction and constrained by a rotational spring at one end, and by a translational spring and a rotational spring at the other end. The co-existence of flutter and buckling in this beam due to the presence of the follower force is an interesting and important phenomenon. The results from this theoretical analysis will be useful for the stability design of structures in engineering applications, such as the potential of flutter control of aircrafts by smart materials. The transition-curve surface for differentiating the two distinct instability regions of the beam is first obtained with respect to the variations of the stiffness of the springs at the two ends. Second, the capacity of the follower force is derived for flutter and buckling of the beam as a function of the stiffness of the springs by observing the variation of the first two frequencies obtained from dynamic analysis of the beam. The research in the paper may be used as a benchmark for the flutter and buckling analysis of beams.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.10
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pp.83-88
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2000
multi-beam optical drive is a method to improve the data transfer rate for the optical disc systems by parallel recording and reading on neighboring multi-tracks. In this paper, the beam rotating actuator, which is necessary for the multi-bean optical disc drive to from beam spots on multi-tracks simultaneously, has been developed. The Voice Coil Motor is used as a drive mechanism for high resolution and small size of the actuator. And rotating guide based on link structure is designed for frictionless and axisless rotation of rotating part including dove prism and for rotating in axis of geometric center of dove prism. The characteristics of the actuator are experimented by laser vibrometer, Polytec OFV1102 and a dynamic analyzer, HP35670A. It shows that the actuator has good linearity, rotating range $\pm0.34^\circ$, minimum rotating angle $0.0066^\circ$and natural frequency 113.9Hz. Therefore the actuator can be applied in a multi-beam optical disc system.
Bilge, Habibullah;Doruk, Emre;Findik, Fehim;Pakdil, Murat
Steel and Composite Structures
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v.32
no.3
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pp.305-312
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2019
In this study, we investigated the effect of fatigue crack propagation of the beams which have a vital importance in engineering applications, on the natural frequency of the system. Beams which have a wide range of applications, are used as fundamental structural elements in engineering structures. Therefore, early detection of any damages in these structures is of vital importance for the prevention of possible destructive damages. One of the widely used methods of early detection of damages is the vibration analysis of the structure. Hence, it is of vital importance to detect and monitor any changes in the natural frequencies of the structure. From this standpoint, in this study we experimentally investigated the effect of fatigue crack propagation on beams produced from 4140 steel, of the natural frequency of the beam. A crack was opened on the $8{\times}16{\times}500mm$ beam using a 3 mm long and 0.25 mm wide wire erosion. The beam, then, underwent 3 point bending tests at 10 Hz with a dynamic fatigue device and its natural frequencies were measured in scheduled intervals and any changes taking place on the natural frequencies of the beam were measured. This data allowed us to identify and measure the crack occurring on the beam subjected to dynamic loading, during the propagation phase. This method produced experimental data. The experimental data showed that the natural frequency of the beam decreased with the propagation of the fatigue crack on the beam.
Keivani, Amirhossein;Shooshtari, Ahmad;Sani, Ahmad Aftabi
Coupled systems mechanics
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v.2
no.2
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pp.127-146
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2013
A closed-form solution for a fluid-structure system is presented in this article. The closed-form is used to evaluate the finite element method results through a numeric example with consideration of high frequencies of excitation. In the example, the structure is modeled as a cantilever beam with rectangular cross-section including only shear deformation and the reservoir is assumed semi-infinite rectangular filled with compressible fluid. It is observed that finite element results deviate from the closed-form in relatively higher frequencies which is the case for the near field earthquakes.
Distributed piezoeletric sensor and actuator have been designed for efficient vibration control of a cantilevered beam. Both PZT and PVDF have been used in this study, the former as an actuator and the latter as a sensor for the integrated structure. We have optimized the position and the size of the PZT actuator and the electrode shape of the PVDF sensor. Finite element method is used to model the structure and the optimized actuators, we have designed the active electrode width of the PVDF sensor along the span of the beam. Actuator design is based on the criterion of minimizing the system energy in the control modes under a given initial condition. Model control forces for the residual (uncontrolled) modes have been minimized during the sensor design to minimize the observation spill-over. Genetic algorithm and sequential quadratic programming technique have been utilized as an optimization scheme. Discrete LQG control law has been applied to the integrated structure for real time vibration control. Performance of the sensor, the actuator, and the integrated smart structure has been demonstrated by experiments.
In this paper, dynamic buckling of the smart subjected to blast load subjected to electric field is studied. The sandwich structure is rested on Pasternak foundation with springs and shear elements. Applying piezoelasticity theory and hyperbolic shear deformation beam theory (HSDBT), the motion equations are derived by energy method. For calculating the dynamic instability region (DIR) of the sandwich structure, differential quadrature method (DQM) along with Bolotin method is used. The aim of this study is to investigate the effects of applied voltage, geometrical parameters of structure and boundary conditions on the DIR of the structure. The results show that applying negative voltage, the DIR will be happened at higher excitation frequencies. In addition, the clamped-clamped beam leads to higher excitation frequency with respect to simply supported boundary condition.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.35D
no.7
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pp.102-108
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1998
A new 1*4 optical waveguide power divider is proposed and fabricated. It consists of a 1*4 multi-branch structure with a beam separator and two beam expanders that can control the splitting ratios between the output ports. The proposed optical waveguide power divider is designed by employing the two dimensional finite difference beam propagation method and is fabricated by a reactive ion etching method. The splitting ratio of fabricatd device is 25.0 : 25.7 : 25.3 : 24.0 for TE mode and 25.7 : 25.2 : 24.1 : 25.0 for TM mode. Comapred with the conventional Y-branch structure, the proposed structure shortens the length of a 1*N divider by the factor 3. Thus it reduces the total propagation loss and the total radiation loss at the branch points. furthermore, the splitting ratios between the output ports may be controlled in this structure for some special applications.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.97-102
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2002
Two dimensional Analysis has been applied to most of tunnel lining design in these days. Two dimensional analysis uses beam or curved beam element for finite element method. But because the behaviors of tunnel concrete lining structure is near to shell, it is required to model the tunnel lining as shell structure for safety design of tunnel lining structure. In this paper, two dimensional analysis by beam element and the three dimensional analysis by shell element of tunnel concrete lining are studied, in which 3 type of tunnel lining and lateral pressure factors are considered. As results of the study, three dimensional analyses of the behavior of tunnel concrete lining structure considering lateral pressure factor shows that the moment of three dimensional analysis is greater than those of two dimensional analysis. The results shows that three dimensional analysis is necessary for safety design of tunnel lining.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.6
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pp.133-139
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2000
Vibrational characteristics of the vehicle structure are mainly influenced by the shape of the pillar cross section. In this paper a vehicle structural optimization technique has been developed to investigate a lightweight vehicle structure subject to constraints on natural frequencies in a simple beam-and-shell model. In this technique, the optimization procedures involve two stages. In the first stage, the section procedures involve tow stages. In the first stage, the section properties of beam elements of the vehicle structure has been optimized to have minimum weight while satisfying the constraints of natural frequencies. And, in the second stage, the shape of the cross section of the elements of the structure has been determined.
The objective of this article is investigation of dynamic response of thick multilayer functionally graded (FG) beam under generalized dynamic forces. The plane stress problem is exploited to describe the constitutive equation of thick FG beam to get realistic and accurate response. Applied dynamic forces are assumed to be sinusoidal harmonic, sinusoidal pulse or triangle in time domain and point load. Equations of motion of deep FG beam are derived based on the Hamilton principle from kinematic relations and constitutive equations of plane stress problem. The numerical finite element procedure is adopted to discretize the space domain of structure and transform partial differential equations of motion to ordinary differential equations in time domain. Numerical time integration method is used to solve the system of equations in time domain and find the time responses. Numerical parametric studies are performed to illustrate effects of force type, graduation parameter, geometrical and stacking sequence of layers on the time response of deep multilayer FG beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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