Turan, Muhittin;Adiyaman, Gokhan;Kahya, Volkan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.3
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pp.423-442
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2016
This study considers a functionally graded (FG) elastic layer resting on homogeneous elastic substrate under axisymmetric static loading. The shear modulus of the FG layer is assumed to vary in an exponential form through the thickness. In solution, the FG layer is approximated into a multilayered medium consisting of thin homogeneous sublayers. Stiffness matrices for a typical homogeneous isotropic elastic layer and a half-space are first obtained by solving the axisymmetric elasticity equations with the aid of Hankel's transform. Global stiffness matrix is, then, assembled by considering the continuity conditions at the interfaces. Numerical results for the displacements and the stresses are obtained and compared with those of the classical elasticity and the finite element solutions. According to the results of the study, the approach employed here is accurate and efficient for elasto-static problems of FGMs.
Generally, methods using transfer techniques, like the transfer matrix method and the transfer stiffness coefficient method, find natural frequencies using the sign change of frequency determinants in searching frequency region. However, these methods may omit some natural frequencies when the initial frequency interval is large. The Sylvester-transfer stiffness coefficient method ("S-TSCM") can always obtain all natural frequencies in the searching frequency region even though the initial frequency interval is large. Because the S-TSCM obtain natural frequencies using the number of natural frequencies existing under a searching frequency. In this paper, the algorithm for the free vibration analysis of axisymmetric conical shells was formulated with S-TSCM. The effectiveness of S-TSCM was verified by comparing numerical results of S-TSCM with those of other methods when analyzing free vibration in two computational models: a truncated conical shell and a complete (not truncated) conical shell.
By using Frenet formulation and Timoshenko beam theory, the partial differential equations of motion are derived for a helical spring having a doubly symmetrical cross section subjected to the pre-load axially. These equations of motion are solved to give the dispersion relationship and dynamic stiffness matrix is assembled. Natural frequencies are obtained from the receptance of the system. The results of the dynamic stiffness method are compared with those of the transfer matrix method from published examples and finite element method.
This paper presents a parallel implementation of stiff-ness matrix calculation based on the processor farm model on a net-work of workstations running PVM programming environment. As the computational characteristics of stiffnes matrix exhibits good po-tentials for effective prallel computation the performance improve-ment is show to be almost linear with the number of sorkstations involved in the computation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.14
no.4
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pp.46-56
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1990
Stress analysis of axi-symetric body with non-symetric loading and non-symetric given displacements is investigated in this paper using the finite element method. As the non-symetric load and non-symetric given displacements of axi-symetric body are generally periodic functions of angle .theta., the nodal forces and nodal displacements can be expanded in cosine and sine series, that is, Fourier series. Furthermore, using Euler's formula, the cosine and sine series can be converted into exponential series and it is prooved that the related calculus become more clear. Substituting the nodal displacements expanded in Fourier series into the strain components of cylindrical coordinates system, the element strains are expressed in series form and by the principal of virtual work, the element stiffness martix and element load vector are obtained for each order. It is also showed that if the non-symetric loads are even or odd functions of angle ${\theta}$ the stiffness matrix and load vector of the system are composed with only real numbers and relatively small capacity fo computer memory is enough for calculation.
For the finite element analysis of highly saturated rotating machines involving rotation of a rotor such as dynamic analysis. cogging torque analysis and etc, so much time is needed because a new system matrix equation should be solved for each iteration and time step. It is proved in this paper that. in linear systems. the computational time can be greatly reduced by using the domain decomposition method (DDM). In nonlinear systems. however. this advantage vanishes because the stiffness matrix changes at each iteration especially when using the Newton-Raphson (NR) method. The transmission line modeling (TLM) method resolves this problem because in TLM method the stiffness matrix does not change throughout the entire analysis. In this paper, a new technique for FEA of rotating machines including rotation of rotor and non-linearity is proposed. This method is applied to a test problem. and compared with the conventional method.
In this study, the strength of spatially reinforced composites (SRC) are predicted by using stiffness reduction for each structural element composed of a rod stiffness in each direction and a matrix stiffness proportional to its rod volume fraction. Maximum failure strain criteria is applied to rod failure, and modified Tsai-Wu failure criteria to matrix failure. The material properties composed of the tensile failure strain of a rod, the compressive failure strain of 3D SRC, the tensile and compressive strength of the 3D SRC in the $45^{\cir}$ rotated direction from a rod and the shear strength of the 3D SRC are measured to predict the SRC strength. The strength distributions of the 3D/4D SRC in rod and off-rod direction have the largest and the smallest values, respectively. A variable load step is selected to increase an efficiency of strength distribution calculation. Uniform load step is applied when a load history is needed. The results of compressive strength from analysis and experiment show the 18 % difference though the initial slop is coincident with each other.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.863-869
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2007
An improved method based on a normal frequency response function (FRF) is proposed to identify structural parameters such as mass, stiffness and damping matrices directly from the FRFs of a linear mechanical system. The method for estimating structural parameters directly from the measured FRFs of a structure is presented. This paper demonstrates that the characteristic matrices are extracted more accurately by using a weighted equation and eliminating the matrix inverse operation. The method is verified for a four degree-of-freedom lumped parameter system and an eight degree-of-freedom finite element beam. Experimental verification is also performed for a free-free steel beam whose size and physical properties are the same as those of the finite element beam. The results show that the structural parameters, especially the damping matrix, can be estimated more accurately by the proposed method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.544-549
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2011
Simplified formulae for axial and bending natural frequencies of bellows are developed using an equivalent thin-walled pipe model. The axial and bending stiffness of bellows is determined using lumped transfer matrix method. Accordingly, the Expansion Joint Manufacturers Association (EJMA) formula for axial and bending stiffness calculation is modified using two different equivalent radii. The results from the simplified formulae are verified by those from a experiment result and a finite element (FE) model and good agreement is shown between the each other.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.304-308
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2006
The focus of this study is modeling technique for a bellows in vehicle exhaust system. Bellows was developed using tile finite element model by replacing with the equivalent beam. The equivalent beam model were studied in detail. Non-structural node in the cross section of original model is given to expressing their motion. Equivalent mass matrix and stiffness matrix calculated using Guyan reduction method. Material Properties of beam was obtained from the direct comparison between equivalent model and that of Timoshenko beam model. The calculated natural frequencies and mode shape are compared with the reference results and coincided well. The results were compared with the confirmed results, which were in good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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