A damage detection algorithm based on neuro fuzzy hybrid system is presented in this study for location and severity predictions of cracks in beam-like structures. A combination of eigenfrequencies and rotation deviation curves are utilized as input to the soft computing technique. Both single and multiple damage cases are considered. Theoretical expressions leading to modal properties of damaged beam elements are provided. The beam formulation is based on Euler-Bernoulli theory. The cracked section of beam is simulated employing discrete spring model whose compliance is computed from stress intensity factors of fracture mechanics. A hybrid neuro fuzzy technique is utilized to solve the inverse problem of crack identification. Two different neuro fuzzy systems including grid partitioning (GP) and subtractive clustering (SC) are investigated for the highlighted problem. Several error metrics are utilized for evaluating the accuracy of the hybrid algorithms. The study is the first in terms of 1) using the two models of neuro fuzzy systems in crack detection and 2) considering multiple damages in beam elements employing the fused neuro fuzzy procedures. At the end of the study, the developed hybrid models are tested by utilizing the noise-contaminated data. Considering the robustness of the models, they can be employed as damage identification algorithms in health monitoring of beam-like structures.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.605-610
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2007
In this paper a dynamic behavior(natural frequency) of a cracked cantilever beam subjected to follower force is presented. In addition, an analysis of the flutter and buckling instability of a cracked cantilever beam subjected to a follower compressive load is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The vibration analysis on such cracked beam is conducted to identify the critical follower force for flutter instability based on the variation of the first two resonant frequencies of the beam. Besides, the effect of the crack's intensity and location on the flutter follower force is studied. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.5
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pp.453-459
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2010
In this paper, the purpose is to investigate the stability of cracked cantilever T-beams subjected to axial force. In addition, an analysis of the natural frequency of a cracked beams as crack position, crack depth and tip mass is investigated. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by the energy expressions using extended Hamilton's Principle. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. The results of this study will contribute to the safety test and stability estimation of structures of a cracked T-beams subjected to axial force.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.9
no.3
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pp.49-55
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2010
In this paper, the stability of cracked cantilever T-beams subjected to subtangential follower force is investigated. Also, the effect of subtangential coefficient and crack on the natural frequency of T-beams is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by the energy expressions using extended Hamilton's Principle. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. The values of critical follower force and the stability maps of cantilever T-beams are obtained according to the subtangential coefficient and crack severity. The results of this study will contribute to the safety testing and the stability estimation of cracked T-beams subjected to follower force.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.6
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pp.553-561
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2011
A theoretical approach is carried out to predict the quality factors of flexible modes of a microcantilever on a squeeze-film. The frequency response function of an inertially-excited microcantilever beam is derived using an Euler-Bernoulli beam theory. The external force due to squeeze-film phenomenon is developed from the Reynolds equation. Slip boundary conditions are employed at the interfaces between the fluid and the structure to consider the gas rarefaction effect, and pressure boundary condition at both ends of fluid analysis region is enhanced to increase the exactness of predicted quality factors. To the end, an approximate equation is derived for the first bending mode of the microcantilever. Using the approximate equation, the quality factors of the second and third bending modes are calculated and compared with experimental results of previously reported work. The comparison shows the feasibility of the current approach.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.4
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pp.66-72
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1986
Numerical analysis has been made on the dynamic behavior of a supporting structure subjected to a force of time dependent frequency. The effect of solid viscosity is studied when the frequency of external force passes through the first critical frequency of the simple beam for four times. Within the Euler-Bernoulli beam theory, the solutions are obtained by using finite Fourier and Laplace transformation methods with respect to space and time variables. The result shows that the maximum value of the dynamic deflection is considerably affected by the value of the solid viscosity as well as the frequency difference The maximum dynamic deflection is found to occur in the frequency lower limit C of 0.85-0.985 in the presence of the solid viscosity.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.493-500
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2001
The purpose of this paper is to investigate the natural frequencies and mode shapes of tapered beams with general boundary condition(translational and rotational elastic support) at one end and carrying a tip mass with translational elastic support at the other end. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest three natural frequencies and the corresponding mode shapes are calculated over a wide range of section ratio, dimensionless spring constant, and mass ratio.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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1999.10c
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pp.225-230
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1999
The purpose of this paper is to investigate the natural frequencies and mode shape of columns immersed in fluid. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory which neglects the effects of rotatory inertial and shear deformation. The eccentricity and rotatory inerital of the tip mass are taken into account . The governing differential equations forr the free vibrations of immersed columns are solved numerically using the corresponding boundary conditoins. The lowest four natural frequencies and corresponding mode shapes are calculated over a range of non-dimensional system parameters : the ratio of fluid depth to span length, the mass ratio, the dimensionless mass moment of inertial, and the eccentricity.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.689-694
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2003
An iterative modal analysis approach is developed to determine the effect of transverse open cracks on the dynamic behavior of simply supported pipe conveying fluid subject to the moving mass. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influences of the velocity of moving mass and the velocity of fluid flow and a crack have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipe system by numerical method. The presence of crack results in higher deflections of pipe. 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. Totally, as the velocity of fluid flow and the crack severity are increased, the mid-span deflection of simply supported pipe conveying fluid is increased. The time which produce the maximum dynamic deflection of the simply supported pipe is delayed according to the increment of the crack severity.
In this paper, free vibrations of a clamped-clamped double-walled carbon nanotube (DWNT) under axial force is studied. By utilizing Euler-Bernoulli beam theory, each layer of DWNT is modeled as a beam. In this analysis, nonlinear form of interlayer van der Waals (vdW) forces and nonlinearities aroused from mid-plane stretching are also considered in the equations of motion. Further, direct application of multiple scales perturbation method is utilized to solve the obtained equations and to analyze free vibrations of the DWNT. Therefore, analytical expressions are found for vibrations of each layer. Linear and nonlinear natural frequencies of the system and vibration amplitude ratios of inner to outer layers are also obtained. Finally, the results are compared with the results obtained by Galerkin method.
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