The inelastic lateral-distortional buckling of doubly-symmetric hot-rolled I-section beam-columns subjected to a concentric axial force and uniform bending with elastic restraint which produce single curvature is investigated in this paper. The numerical model adopted in this paper is an energy-based method which leads to the incremental and iterative solution of a fourth-order eigenproblem, with very rapid solutions being obtained. The elastic restraint considered in this paper is full restraint against translation, but torsional restraint is permitted at the tension flange. Hitherto, a numerical method to analyse the elastic and inelastic lateral-distortional buckling of restrained or unrestrained beam-columns is unavailable. The prediction of the inelastic lateral-distortional buckling load obtained in this study is compared with the inelastic lateral-distortional buckling of restrained beams and the inelastic lateral-torsional buckling solution, by suppressing the out-of-plane web distortion, is published elsewhere and they agree reasonable well. The method is then extended to the lateral-distortional buckling of continuously restrained doubly symmetric I-sections to illustrate the effect of web distortion.
It has become apparent from the recent work by Choi et al. [3] on the nonlinear beam deflection problem, that analysis of the integral operator $\mathcal{K}$ arising from the beam deflection equation on linear elastic foundation is important. Motivated by this observation, we perform investigations on the eigenstructure of the linear integral operator $\mathcal{K}_l$ which is a restriction of $\mathcal{K}$ on the finite interval [$-l,l$]. We derive a linear fourth-order boundary value problem which is a necessary and sufficient condition for being an eigenfunction of $\mathcal{K}_l$. Using this equivalent condition, we show that all the nontrivial eigenvalues of $\mathcal{K}l$ are in the interval (0, 1/$k$), where $k$ is the spring constant of the given elastic foundation. This implies that, as a linear operator from $L^2[-l,l]$ to $L^2[-l,l]$, $\mathcal{K}_l$ is positive and contractive in dimension-free context.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.5
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pp.541-549
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2008
The dynamic contact between a high-speed wheel and an elastic beam is numerically analyzed by solving the whole equations of motion of the wheel and the beam subjected to the contact condition. For the stability of the numerical solution, the velocity and acceleration constraints as well as the displacement constraint are imposed on the contact point. Through the numerical examples, it is shown that the acceleration contact constraint including the Coriolis and centripetal accelerations are crucial for the numerical stability.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.385-392
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2002
Derivation procedures of exact elastic element stiffness matrix of thin-walled curved beams are rigorously presented for the static analysis. An exact elastic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform curved beam element with nonsymmetric thin-walled cross section. First this numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. Thus, the displacement functions of displacement parameters are exactly derived and finally exact stiffness matrices are determined using member force-displacement relationships. The displacement and normal stress of the section are evaluated and compared with thin-walled straight and curved beam element or results of the analysis using shell elements for the thin-walled curved beam structure in order to demonstrate the validity of this study.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.43-50
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2002
Main goal of this study is to develop MATLAB programming for exact analysis of distortional deformation of the straight box girder. For this purpose, a theory for distortional deformation theory is firstly summarized and then a BEF (Beam on Elastic Foundation) theory is presented using analogy of the corresponding variables. Finally, the governing equation of the beam-column element on elastic foundation is derived. An element stiffness matrix of the beam element is established via a generalized linear eigenvalue problem. In order to verify the efficiency and accuracy of the element using exact dynamic stiffness matrix, buckling loads for the continuous beam structures with elastic foundation and distortional deformations of box girders are calculated.
Ahmed, Ridha A.;Fenjan, Raad M.;Hamad, Luay Badr;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.9
no.1
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pp.33-48
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2020
With the use of differential quadrature method (DQM), forced vibrations and resonance frequency analysis of functionally graded (FG) nano-size beams rested on elastic substrate have been studied utilizing a shear deformation refined beam theory which contains shear deformations influence needless of any correction coefficient. The nano-size beam is exposed to uniformly-type dynamical loads having partial length. The two parameters elastic substrate is consist of linear springs as well as shear coefficient. Gradation of each material property for nano-size beam has been defined in the context of Mori-Tanaka scheme. Governing equations for embedded refined FG nano-size beams exposed to dynamical load have been achieved by utilizing Eringen's nonlocal differential law and Hamilton's rule. Derived equations have solved via DQM based on simply supported-simply supported edge condition. It will be shown that forced vibrations properties and resonance frequency of embedded FG nano-size beam are prominently affected by material gradation, nonlocal field, substrate coefficients and load factors.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.2
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pp.143-148
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2004
This paper discussed on the stability of elastic material subjected to dry friction force for low boundary conditions: clamped free, clamped-simply supported, simply supported-simply supported, clamped-clamped. It is assumed in this paper that the dry frictional force between a tool stand and an elastic material can be modeled as a distributed follower force. The friction material is modeled for simplicity into a Winkler-type elastic foundation. The stability of beams on the elastic foundation subjected to distribute follower force is formulated by using finite element method to have a standard eigenvalue problem. It is found that the clamped-free beam loses its stability in the flutter type instability, the simply supported-simply supported beam loses its stability in the divergence type instability and the other two boundary conditions the beams lose their stability in the divergence-flutter type instability.
The buckling analysis of the embedded sinusoidal piezoelectric beam is evaluated using numerical method. The smart beam is subjected to external voltage in the thickness direction. Elastic medium is simulated with two parameters of spring and shear. The structure is modelled by sinusoidal shear deformation theory (SSDT) and utilizing energy method, the final governing equations are derived on the basis of piezo-elasticity theory. In order to obtaining the buckling load, the differential quadrature method (DQM) is used. The obtained results are validated with other published works. The effects of beam length and thickness, elastic medium, boundary condition and external voltage are shown on the buckling load of the structure. Numerical results show that with enhancing the beam length, the buckling load is decreased. In addition, applying negative voltage, improves the buckling load of the smart beam.
The elastic deflections and Euler buckling loads are investigated for a class of tapered and initially curved cantilevered beams subjected to loading at the tip. The beam's width increases linearly and its depth decreases linearly with the distance from the fixed end to the tip. Unloaded, the beam forms a circular are perpendicular to the axis of bending. The beam's deflection responses, obtained by solving the differential equations in closed form, are presented in terms of four nondimensional system parameters: taper ratio ${\kappa}$, initial shape ratio ${\Delta}_0$, end load ratio f, and load angle ${\theta}$. Laboratory measurements of the Euler buckling loads for scale models of tapered initially straight, corrugated beams compared favorably with those computed from the present analysis. The results are applicable to future designs of the end structures of highway guardrails, which can be designed to give the appropriate balance between the capacity to deflect a nearly head-on vehicle back to its right-of-way and the capacity to buckle sufficiently that penetration of the vehicle may be averted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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