This paper presents responses of the free end of a cantilever micro beam under the effect of an impact force based on the modified couple stress theory. The beam is excited by a transverse triangular force impulse modulated by a harmonic motion. The Kelvin-Voigt model for the material of the beam is used. The considered problem is investigated within the Bernoulli-Euler beam theory by using energy based finite element method. The system of equations of motion is derived by using Lagrange's equations. The obtained system of linear differential equations is reduced to a linear algebraic equation system and solved in the time domain by using Newmark average acceleration method. In the study, the difference of the modified couple stress theory and the classical beam theory is investigated for the wave propagation. A few of the obtained results are compared with the previously published results. The influences of the material length scale parameter on the wave propagation are investigated in detail. It is clearly seen from the results that the classical beam theory based on the modified couple stress theory must be used instead of the classical theory for small values of beam height.
Zidi, Mohamed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bessaim, Aicha;Mahmoud, S.R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.2
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pp.145-153
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2017
In this article, a novel simple higher-order shear deformation theory for bending and free vibration analysis of functionally graded (FG) beams is proposed. The beauty of this theory relies on its 2-unknowns displacement field as the Euler-Bernoulli beam theory, which is even less than the Timoshenko beam theory. A shear correction factor is, therefore, not needed. Equations of motion are obtained via Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and free vibration analysis are given for simply supported beams. Efficacy of the proposed model is shown through illustrative examples for bending and dynamic of FG beams. The numerical results obtained are compared with those of other higher-order shear deformation beam theory results. The results obtained are found to be accurate.
This paper investigates the vibration phenomenon of a nanobeam subjected to a time-dependent heat flux. Material properties of the nanobeam are assumed to be graded in the thickness direction according to a novel exponential distribution law in terms of the volume fractions of the metal and ceramic constituents. The upper surface of the functionally graded (FG) nanobeam is pure ceramic whereas the lower surface is pure metal. A nonlocal generalized thermoelasticity theory with dual-phase-lag (DPL) model is used to solve this problem. The theories of coupled thermoelasticity, generalized thermoelasticity with one relaxation time, and without energy dissipation can extracted as limited and special cases of the present model. An analytical technique based on Laplace transform is used to calculate the variation of deflection and temperature. The inverse of Laplace transforms are computed numerically using Fourier expansion techniques. The effects of the phase-lags (PLs), nonlocal parameter and the angular frequency of oscillation of the heat flux on the lateral vibration, the temperature, and the axial displacement of the nanobeam are studied.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.8
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pp.2123-2138
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1994
A study on the dynamic mechanical properties of the high strength carbon fiber epoxy composite beam was carried out. The macromechanical model was used for the theoretical analysis of the symmetric laminated composite beam. The anisotropic plate theory and Bernoulli-Euler beam theory were used to predict the effective flexural elastic modulus and the specific damping capacity of laminated composite beam. The free flexural vibration and torsional vibration tests were carried out to determine the specific damping capacities of the unidirectional laminated composite beam. The vibration tests were performed in a vacuum chamber with laser vibrometer system and electromagnetic hammer to obtain accurate experimental data. From the computational and experimental results, it was found that the theoretical values with the macromechanical analysis and the experimental data of symmetric laminated composite beam were in good agreement.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.826-831
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2005
In this paper the effect of moving mass on dynamic behavior of cracked cantilever beam on elastic foundations is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. That is, the crack is modelled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. The crack is assumed to be in the first mode of fracture. As the depth of the crack is increased, the tip displacement of the cantilever beam is increased. When the crack depth is constant the frequency of a cracked beam is proportional to the spring stiffness.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.12
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pp.874-880
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2015
This paper presents the vibration analysis of a deploying beam with spin when the beam has a time-dependent spinning speed. In the previous studies for the deploying beams with spin, the spinning speed was time-independent. However, it is more reasonable to consider the time-dependent spinning speed. The present study introduces the time-dependent spinning speed in the modeling. The Euler-Bernoulli beam theory and von Karman nonlinear strain theory are used together to derive the equations of motion. After the equations of motion are transformed into the weak forms, the weak forms are discretized. The natural frequency and dynamic response are obtained. The effect of the time-dependent spinning speed on the dynamic response is studied.
In the present research, wave propagation characteristics of a rotating FG nanobeam undergoing rotation is studied based on nonlocal strain gradient theory. Material properties of nanobeam are assumed to change gradually across the thickness of nanobeam according to Mori-Tanaka distribution model. The governing partial differential equations are derived for the rotating FG nanobeam by applying the Hamilton's principle in the framework of Euler-Bernoulli beam model. An analytical solution is applied to obtain wave frequencies, phase velocities and escape frequencies. It is observed that wave dispersion characteristics of rotating FG nanobeams are extremely influenced by angular velocity, wave number, nonlocal parameter, length scale parameter, temperature change and material graduation.
In this work, the structural response of thin-walled composite beams with pretwist angle is investigated by using a mixed beam approach that combines the stiffness and flexibility methods in a unified manner. The Reissner's semi-complimentary energy functional is used to derive the stiffness matrix that approximates the beam in an Euler-Bernoulli level for extension and bending and Vlasov level for torsion. The bending and torsion-related warpings induced by the pretwist effects are derived in a closed form. The developed theory is validated with available literature and detailed finite element structural analysis results using the MSC/NASTRAN. Pretwisted composite beams with rectangular solid and thin-walled box sections are illustrated to validate the current approach. Acceptable correlation has been achieved for cases considered in this study. The effects of pretwist and fiber orientation angles on the static behavior of pretwisted composite beams are also studied.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.10
s.103
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pp.1195-1201
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2005
In this paper, the effect of a moving mass on dynamic behavior of the cracked cantilever beam on elastic foundations is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. That is, the crack is modelled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory The crack is assumed to be in the first mode of fracture. As the depth of crack is increased, the tip displacement of the cantilever beam is Increased. When the depth of crack is constant, the frequency of a cracked beam is proportional to the spring stiffness.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.4
s.97
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pp.483-491
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2005
In this paper a dynamic behavior of a double-cracked cantilever pipe with the tip mass and a moving mass is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influences of the moving mass, the tip mass and double cracks have been studied on the dynamic behavior of a cantilever pipe system by numerical method. The cracks section are represented by the local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. Therefore, the cracks are modelled as a rotational spring. This matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. We investigated about the effect of the two cracks and a tip mass on the dynamic behavior of a cantilever pipe with a moving mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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