International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권3호
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pp.33-39
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2008
The effects of a double crack and tip masses on the dynamic behavior of cantilever beams with a moving mass are studied using numerical methods. The cantilever beams are modeled by applying Euler-Bernoulli beam theory. The cracked sections are represented by a local flexibility matrix connecting three undamaged beam segments. The influences of the crack, moving mass, and tip mass, and the coupling of these factors on the vibration mode and the frequencies of the double-cracked cantilever beams are determined analytically. The methodology provides a basis for analyzing the dynamic behavior of a beam with an arbitrary number of cracks and a moving mass.
The paper presents a stability analysis of uniform Timoshenko beams resting on two-parameter elastic foundations. The two-parameter elastic foundations were considered as a shearing layer and Winkler springs in soil models. Governing equations of motion were derived using the Hamilton's principle and finite element analysis was performed and the eigenvalues were obtained for the stability analysis. The numerical results for the buckling stability of beams under axial forces are demonstrated and compared with the exact or available confirmed solutions. Finally, several examples were given for Euler-Bernoulli and Timoshenko beams with various boundary conditions.
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Computers and Concrete
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제15권3호
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pp.373-389
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2015
The development of a finite element model for the geometric and material nonlinear analysis of bonded prestressed concrete continuous beams is presented. The nonlinear geometric effect is introduced by the coupling of axial and flexural fields. A layered approach is applied so as to consider different material properties across the depth of a cross section. The proposed method of analysis is formulated based on the Euler-Bernoulli beam theory. According to the total Lagrangian description, the constructed stiffness matrix consists of three components, namely, the material stiffness matrix reflecting the nonlinear material effect, the geometric stiffness matrix reflecting the nonlinear geometric effect and the large displacement stiffness matrix reflecting the large displacement effect. The analysis is capable of predicting the nonlinear behaviour of bonded prestressed concrete continuous beams over the entire loading stage up to failure. Some numerical examples are presented to demonstrate the validity and applicability of the proposed model.
This paper focuses on the free vibration analysis of axially functionally graded (FG) Euler-Bernoulli beams. The material properties of the beams are assumed to obey the linear law distribution. The complexities in solving differential equation of transverse vibration of composite beams which limit the analytical solution to some special cases are overcome using the Differential Transformation Method (DTM). Natural frequencies and corresponding normalized mode shapes are calculated. Validation targets are experimental data or finite element results. Different parameters such as reinforcement distribution, ratio of the reinforcement Young's modulus to the matrix Young's modulus and ratio of the reinforcement density to the matrix density are taken into investigation. The delivered results prove the capability and the robustness of the applied method. The studied parameters are demonstrated to be very crucial for the normalized natural frequencies and mode shapes.
A study of the coupled flexural-torsional vibrations of thin-walled beams with monosymmetric cross-section is presented. The governing differential equations for free vibration of such beams are solved numerically to obtain natural frequencies and their corresponding mode shapes. The beam model is based on the Bernoulli-Euler beam theory and the effect of warping is taken into consideration. Numerical results are given for two specific examples of beams with free-free, clamped-free, hinged-hinged, clamped-hinged and clamped-clamped end constraints both including and excluding the effect of warping stiffness. The effect of warping stiffness on the natural frequencies and mode shapes is discussed and it is concluded that substantial error can be incurred if the effect is ignored.
Current investigation deals with the thermal stability characteristics of carbon nanotube reinforced composite beams (CNTRC) on elastic foundation and subjected to external uniform temperature rise loading. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are supposed to have a distribution as being uniform or functionally graded form. The material properties of the matrix as well as reinforcements are presumed to be temperature dependent and evaluated through the extended rule of mixture which incorporates efficiency parameters to capture the size dependency of the nanocomposite properties. The governing differential equations are achieved based on the minimum total potential energy principle and Euler-Bernoulli beam model. The obtained results are checked with the available data in the literature. Numerical results are supplied to examine the effects of numerous parameters including length to thickness ratio, elastic foundations, temperature change, and nanotube volume fraction on the thermal stability behaviors of FG-CNT beams.
Snap-buckling is one of the main failure modes of structures, because it will lead to the reduction of structural bearing capacity, durability loss and even structural damage. Boundary condition plays an important role in the research of engineering mechanics. Further discussion on the boundary conditions problems will help to analyze the dynamic and static behavior of structures more accurately. Therefore, in order to understand the dynamic and static behavior of curved beams more comprehensively, this paper mainly studies the nonlinear snap-through buckling and forced vibration characteristics of functionally graded graphene reinforced composites (FG-GPLRCs) curved beams with two different boundary conditions (including clamped-hinged and hinged-hinged) using Euler-Bernoulli beam theory (E-BBT). In addition, the effects of the curved beam radius, the GLPs distributions, number of GLPs layers, the mass fraction of GLPs and elastic foundation parameters on the nonlinear snap-through buckling and forced vibration behavior are discussed respectively.
The elastic theory of beams is fundamental in engineering of design and structure. In this study, we construct Green's function for inhomogeneous fourth-order differential operators subjected to associated constraints that arises in dealing with dynamic problems in the Rayleigh beam. We obtain solutions for homogeneous and completely inhomogeneous beam problems using Green's function. This enables us to consider rotational influences in determining the eigenfrequency of beam vibrations. Additionally, we investigate the dynamic vibration model of inhomogeneous beams incorporating rotational effects. The eigenvalues of Rayleigh beams, including first-order correction terms, are also computed and displayed in tabular forms.
An iterative modal analysis approach is developed to determine the effect of transverse open cracks on the dynamic behavior of simply supported Euler-Bernoulli beams with the moving masses. The influences of the velocities of moving masses, the distance between the moving masses and a crack have been studied on the dynamic behavior of a simply supported beam system by numerical method. The Presence of crack results In large deflection of beam. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modelled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. Totally, as the velocity of the moving masses and the distance between the moving masses are increased, the mid-span deflection of simply supported beam with the crack is decreased.
A cantilever beam with a mass and a spring at the end can be use to model a miniature flexible arm. It is necessary to know the natural frequencies and mode shapes to discuss its free vibration, especially when modal analysis is employed. A beam is clamped-free. In this paper we look at the lateral vibration of beams that have step changes in the properties of their cross sections. The frequency equation is derived by Bernoulli-Euler formulation and is sloved by the separation of variable. The parameters of the beam, 'mass and spring stiffness' are defined as nondimensionalized parameters for wide application of the results. According to the change of eigenvalues and mode shape are presented for this beam. The results presented are the eigenvalues and the natural frequencies for the first three modes of vibration. Results show that the parameters have a significant effect on the natural frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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