Zhou, Linyun;Moradi, Zohre;Al-Tamimi, Haneen M.;Ali, H. Elhosiny
Steel and Composite Structures
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v.44
no.1
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pp.17-31
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2022
This investigation studies the characteristics of wave dispersion in sigmoid functionally graded (SFG) curved beams lying on an elastic substrate for the first time. Homogenization process was performed with the help of sigmoid function and two power laws. Moreover, various materials such as Zirconia, Alumina, Monel and Nickel steel were explored as curved beams materials. In addition, curved beams were rested on an elastic substrate which was modelled based on Winkler-Pasternak foundation. The SFG curved beams' governing equations were derived according to Euler-Bernoulli curved beam theory which is known as classic beam theory and Hamilton's principle. The resulted governing equations were solved via an analytical method. In order to validate the utilized method, the obtained outcomes were compared with other researches. Finally, the influences of various parameters, including wave number, opening angle, gradient index, Winkler coefficient and Pasternak coefficient were evaluated and indicated in the form of diagrams.
In this work, the free vibration problem of a rotating Rayleigh beam is solved using the meshless Petrov-Galerkin method which is a truly meshless method. The Rayleigh beam includes rotatory inertia in addition to Euler-Bernoulli beam theory. The radial basis functions, which satisfy the Kronecker delta property, are used for the interpolation. The essential boundary conditions can be easily applied with radial basis functions. The results are obtained using six nodes within a subdomain. The results accurately match with the published literature. Also, the results with Euler-Bernoulli are obtained to compare the change in higher natural frequencies with change in the slenderness ratio (${\sqrt{A_0R^2/I_0}}$). The mass and stiffness matrices are derived where we get two stiffness matrices for the node and boundary respectively. The non-dimensional form is discussed as well.
Muhammad Safeer;Muhammad Taj;Mohamed A. Khadimallah;Muzamal Hussain;Saima Akram;Faisal Mehmood Butt;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.15
no.1
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pp.15-23
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2023
Dynamics of protein filamentous has been an active area of research since the last few decades as the role of cytoskeletal components, microtubules, intermediate filaments and microfilaments is very important in cell functions. During cell functions, these components undergo the deformations like bending, buckling and vibrations. In the present paper, bending and buckling of microfilaments are studied by using Euler Bernoulli beam theory with nonlocal parametric effects in conjunction. The obtained results show that the nonlocal parametric effects are not ignorable and the applications of nonlocal parameters well agree with the experimental verifications.
Multiple-step beams carrying intermediate lumped masses with/without rotary inertias are widely used in engineering applications, but in the literature for free vibration analysis of such structural systems; Bernoulli-Euler Beam Theory (BEBT) without axial force effect is used. The literature regarding the free vibration analysis of Bernoulli-Euler single-span beams carrying a number of spring-mass systems, Bernoulli-Euler multiple-step and multi-span beams carrying multiple spring-mass systems and multiple point masses are plenty, but that of Timoshenko multiple-step beams carrying intermediate lumped masses and/or rotary inertias with axial force effect is fewer. The purpose of this paper is to utilize Numerical Assembly Technique (NAT) and Differential Transform Method (DTM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of the axial-loaded Timoshenko multiple-step beam carrying a number of intermediate lumped masses and/or rotary inertias. The model allows analyzing the influence of the shear and axial force effects, intermediate lumped masses and rotary inertias on the free vibration analysis of the multiple-step beams by using Timoshenko Beam Theory (TBT). At first, the coefficient matrices for the intermediate lumped mass with rotary inertia, the step change in cross-section, left-end support and right-end support of the multiple-step Timoshenko beam are derived from the analytical solution. After the derivation of the coefficient matrices, NAT is used to establish the overall coefficient matrix for the whole vibrating system. Finally, equating the overall coefficient matrix to zero one determines the natural frequencies of the vibrating system and substituting the corresponding values of integration constants into the related eigenfunctions one determines the associated mode shapes. After the analytical solution, an efficient and easy mathematical technique called DTM is used to solve the differential equations of the motion. The calculated natural frequencies of Timoshenko multiple-step beam carrying intermediate lumped masses and/or rotary inertias for the different values of axial force are given in tables. The first five mode shapes are presented in graphs. The effects of axial force, intermediate lumped masses and rotary inertias on the free vibration analysis of Timoshenko multiple-step beam are investigated.
In the present study, buckling analysis of sandwich composite (carbon nanotube reinforced composite and fiber reinforced composite) Euler-Bernoulli beam in two configurations (core and layers material), three laminates (combination of different angles) and two models (relative thickness of core according to peripheral layers) using differential quadrature method (DQM) is studied. Also, the effects of porosity coefficient and different types of porosity distribution on critical buckling load are discussed. Using sandwich beam, it shows a considerable enhancement in the critical buckling load when compared to ordinary composite. Actually, resistance against buckling in sandwich beam is between two to four times more. It is also showed the critical buckling loads of laminate 1 and 3 are significantly larger than the results of laminate 2. When Configuration 2 is used, the critical buckling load rises about 3 percent in laminate 1 and 3 compared to the results of configuration 1. The amount of enhancement for laminate 3 is about 17 percent. It is also demonstrated that the influence of the core height (thickness) in the case of lower carbon volume fractions is ignorable. Even though, when volume fraction of fiber increases, differences grow smoothly. It should be noticed the amount of decline has inverse relationship with the beam aspect ratio. Among three porosity patterns investigated, beam with the distribution of porosity Type 2 (downward parabolic) has the maximum critical buckling load. At the end, the first three modes of buckling will be demonstrated to investigate the effect of spring constants.
Rotating beams play a crucial role in representing complex mechanical components that are prevalent in vital sectors like energy and transportation industries. These components are susceptible to the initiation and propagation of cracks, posing a substantial risk to their structural integrity. This study presents a two-stage methodology for detecting the location and estimating the size of an open-edge transverse crack in a rotating Euler-Bernoulli beam with a uniform cross-section. Understanding the dynamic behavior of beams is vital for the effective design and evaluation of their operational performance. In this regard, modal parameters such as natural frequencies and eigenmodes are frequently employed to detect and identify damages in mechanical components. In this instance, the Frobenius method has been employed to determine the first two natural frequencies and corresponding eigenmodes associated with flapwise bending vibration. These calculations have been performed by solving the governing differential equation that describes the motion of the beam. Various parameters have been considered, such as rotational speed, beam slenderness, hub radius, and crack size and location. The effect of the crack has been replaced by a rotational spring whose stiffness represents the increase in local flexibility as a result of the damage presence. In the initial phase of the proposed methodology, a damage index utilizing the slope of the beam's eigenmode has been employed to estimate the location of the crack. After detecting the presence of damage, the size of the crack is determined using a Genetic Algorithm optimization technique. The ultimate goal of the proposed methodology is to enable the development of more suitable and reliable maintenance plans.
This paper presents a sliding mode controller based on variable structure for the tip position control of a single-link flexible manipulator. Dynamic equations of a single-link flexible manipulator are derived from the Euler-Lagrange equation using a Lagrangian assumed modes method based on Bernoulli-Euler Beam theory. Simulation results are presented to show the validity of the system modeling, controller design.
In this paper, we construct a p-adic analogue of multiple Riemann zeta values and express their values at non-positive integers. In particular, we obtain a new congruence of the higher order Frobenius-Euler numbers and the Kummer congruences for the Bernoulli numbers as a corollary.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.4
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pp.315-324
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2011
This paper presents a historical study on the derivation of the differential equation of motion for the single-degree-of-freedom m-k system with the harmonic excitation. It was Euler for the first time in the history of vibration theory who tackled the equation of motion for that system analytically, then gave the solution of the free vibration and described the resonance phenomena of the forced vibration in his famous paper E126 of 1739. As a result of the chronological progress in mechanics like pendulum condition from Galileo to Euler, the author asserts two conjectures that Euler could apply to obtain the equation of motion at that time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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