An analyical method is proposed to construct a clamp jointed structure as an equivalent stiffness matrix element in the finite element modal analysis of a complex beam structure. Static structural analysis was first made for the detail finite element model of the clamp joint. Utilizing the results of this analysis, the equivalent stiffness matrix element was buildup by using the flexibility influence coefficient method and Guyan condensation. The proposed method was applied to finite element modal analysis of a clamp jointed cantilever beam. And the finite element analysis results were compared to those experimental modal analysis. Comparison shows doog agreement each other Furthermore the effects of normal contact(or clamping) load on the equivalent stiffness matrix was also examined. The equivalent stiffness matrix showed little change in spite of the remakable increase in the contact load on the clamp joint.
An analytical solution for the shape functions of a beam segment supported on a generalized two-parameter elastic foundation is derived. The solution is general, and is not restricted to a particular range of magnitudes of the foundation parameters. The exact shape functions can be utilized to derive exact analytic expressions for the coefficients of the element stiffness matrix, work equivalent nodal forces for arbitrary transverse loads and coefficients of the consistent mass and geometrical stiffness matrices. As illustration, each distinct coefficient of the element stiffness matrix is compared with its conventional counterpart for a beam segment supported by no foundation at all for the entire range of foundation parameters.
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.
Any rational approach to define the configuration and size of viscous fluid dampers in a structure should be based on the dynamic properties of the system with the dampers. In this paper we propose an alternative representation of the complex eigenvalues of multi degree of freedom systems with dampers to calculate new equivalent natural frequencies. Analytical expressions for the dynamic properties of a two-story building model with a linear viscous damper in the first floor (i.e. with a non-proportional damping matrix) are derived. The formulas permit to obtain the equivalent damping ratios and equivalent natural frequencies for all the modes as a function of the mass, stiffness and damping coefficient for underdamped and overdamped systems. It is shown that the commonly used formula to define the equivalent natural frequency is not applicable for this type of system and for others where the damping matrix is not proportional to the mass matrix, stiffness matrix or both. Moreover, the new expressions for the equivalent natural frequencies expose a novel phenomenon; the use of viscous fluid dampers can modify the vibration frequencies of the structure. The significance of the new equivalent natural frequencies is expounded by means of a simulated free vibration test. The proposed approach may offer a new perspective to study the effect of viscous dampers on the dynamic properties of a structure.
This paper presents a new nonlinear analysis algorithm which uses the equivalent nodal load for the element stiffness. The equivalent nodal load represents the influence of the stiffness change such as the addition of elements, the deletion of elements, and/or the partial change of element stiffness. The nonlinear analysis of structures using the equivalent load improves the efficiency very much because the inverse of the structural stiffness matrix, which needs a large amount of computation to calculate, is reused in each loading step. In this paper, the concept of nonlinear analysis using the equivalent load for the element stiffness is described and some numerical examples are provided to verify it.
The stiffness of a suspension system is provided by the bushings and the stiffness of the wheel center controls the suspension's elasto-kinematic (e-k) specification. So the stiffness of the wheel center is very important, but the stiffness of the wheel center is very hard to measure. The paper give a new method that we can use the stiffness of the bushings to calculate the equivalent stiffness of the wheel center, which can quickly and widely be used in all kinds of suspension structure. This method can also be used to optimize and design the suspension system. In the example we use the method to calculate the equivalent stiffness of the wheel center which meets the symmetric and positive conditions of the stiffness matrix.
Modeling techniques of piled pier were reviewed and the influences of pile cap's boundary conditions were analyzed in this study. Among various modeling techniques, equivalent cantilever method seems relatively simple for modeling pile groups and it has some problems to determine the virtual fixed points. Through the analyses, it was found that the method of nonlinear p-y model with soil springs was more appropriate than equivalent cantilever method. The method modeling a pile group using stiffness matrix seems useful for practical design, which can represent the nonlinear three-dimensional behavior of a piled pier. In this study, the stiffness matrix of a pile group could be estimated efficiently and precisely using three-dimensional nonlinear analysis programs of pile groups (FBPier 3.0, YSGroup).
This paper presents a new nonlinear analysis algorithm which uses the equivalent nodal load for the element stiffness. The equivalent nodal load represents the influence of the stiffness change such as the addition of elements, the deletion of elements, and/or the partial change of element stiffness. The nonlinear analysis of structures using the equivalent load improves the efficiency very much because the inverse of the structural stiffness matrix, which needs a large amount of computation to calculate, is reused in each loading step. In this paper, the concept of nonlinear analysis using the equivalent load for the element stiffness is described and some numerical examples are provided to verify it.
The strength reduction factor spectrum is traditionally obtained from a single-degree-of-freedom (SDOF) system with a constant damping coefficient. However, according to the principle of Rayleigh damping, the damping coefficient matrix of a system changes with the stiffness matrix, and the damping coefficient of an equivalent SDOF system changes with the tangent stiffness coefficient. In view of that, this study proposes an equivalent SDOF system with an adaptive damping coefficient and derives a standardized reaction balance equation. By iteratively adjusting the strength reduction factor, the corresponding spectrum with an equivalent ductility factor is obtained. In addition, the ratio between the strength reduction factor that considers adaptive damping and the traditional strength reduction factor, denoted by η, is determined, and the η-μ-T relationship is obtained. Seismic records of Classes C, D, and E sites are selected as excitations. Moreover, a nonlinear response time-history analysis is performed to establish the relationship between the η and T values for the equivalent ductility factor μ. Further, by exploring the effects of the site class, ductility factor, second-order stiffness coefficient, and period T on the mean value of η, a simplified calculation equation of mean η is derived, and η is used as a modified value for the traditional strength reduction factor R spectrum.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제4권4호
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pp.39-44
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2003
It is important to find the shear center of beam with arbitrary cross-section in structures. In this study, it is introduced to determine the shear center that gets the equivalent stiffness matrix representing arbitrary cross section of beam and applies concepts of equivalent energy. This method shows the results of applying on examples that the exact and approximate solution of open and cross section of beam is known. The shear center of composite rotor blade by the experiment and by the suggested method was compared in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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