The purpose of this paper is to investigate the free vibrations of horizontally curved beams resting on Winkler-type foundations. Based on the classical Bernoulli-Euler beam theory, the governing differential equations for circular curved beams are derived and solved numerically. Hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped end constraints are considered in numerical examples. The free vibration frequencies calculated using the present analysis have been compared with the finite element's results computed by the software ADINA. Numerical results are presented to show the effects on the natural frequencies of curved beams of the horizontal rise to span length ratio, the foundation parameter, and the width ratio of contact area between the beam and foundation.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.41
no.1
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pp.106-114
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1999
This paper explores the geometrical non-linear behavior of the simply supported tapered beams subject to the trapezoidal distributed load and end moments. In order to apply the Bernoulli -Euler beam theory to this tapered beam, the bending moment equation on any point of the elastical is obtained by the redistribution of trapezoidal distributed load. On the basis of the bending moment equation and the BErnoulli-Euler beam theory, the differential equations governging the elastical of such beams are derived and solved numerically by using the Runge-Jutta method and the trial and error method. The three kinds of tapered beams (i.e. width, depth and square tapers) are analyzed in this study. The numerical results of non-linear behavior obtained in this study from the simply supported tapered beams are appeared to be quite well according to the results from the reference . As the numerical results, the elastica, the stress resultants and the load-displacement curves are given in the figures.
In this study, the Differential Transform Method (DTM) is employed in order to solve the governing differential equation of a moving Bernoulli-Euler beam with axial force effect and investigate its free flexural vibration characteristics. The free vibration analysis of a moving Bernoulli-Euler beam using DTM has not been investigated by any of the studies in open literature so far. At first, the terms are found directly from the analytical solution of the differential equation that describes the deformations of the cross-section according to Bernoulli-Euler beam theory. After the analytical solution, an efficient and easy mathematical technique called DTM is used to solve the differential equation of the motion. The calculated natural frequencies of the moving beams with various combinations of boundary conditions using DTM are tabulated in several tables and are compared with the results of the analytical solution where a very good agreement is observed.
In this study, two beam-column elements based on the Elasto-Fiber element theory for reinforced concrete (RC) element have been developed and compared with each other. The first element is based on Elasto Fiber Approach (EFA) was initially developed for steel structures and this theory was applied for RC element in there and the second element is called as Fiber & Bernoulli-Euler element approach (FBEA). In this element, Cubic Hermitian polynomials are used for obtaining stiffness matrix. The beams or columns element in both approaches are divided into a sub-element called the segment for obtaining element stiffness matrix. The internal freedoms of this segment are dynamically condensed to the external freedoms at the ends of the element by using a dynamic substructure technique. Thus, nonlinear dynamic analysis of high RC building can be obtained within short times. In addition to, external loads of the segment are assumed to be distributed along to element. Therefore, damages can be taken account of along to element and redistributions of the loading for solutions. Bossak-${\alpha}$ integration with predicted-corrected method is used for the nonlinear seismic analysis of RC frames. For numerical application, seismic damage analyses for a 4-story frame and an 8-story RC frame with soft-story are obtained to comparisons of RC element according to both approaches. Damages evaluation and propagation in the frame elements are studied and response quantities from obtained both approaches are investigated in the detail.
In this paper, numerical methods are developed for solving the elastica of simple beams with variable-arc-length subjected to a point loading. The beam model is based on Bernoulli-Euler beam theory. The Runge-Kutta and Regula-Falsi methods, respectively, are used to solve the governing differential equations and to compute the beam's rotation at the left end of the beams. Extensive numerical results of the elastica responses, including deflected shapes, rotations of cross-section and bending moments, are presented in non-dimensional forms. The possible maximum values of the end rotation, deflection and bending moment are determined by analyzing the numerical data obtained in this study.
The size-dependent behavior of single walled carbon nanotubes (SWCNT) embedded in the elastic medium and subjected to the initial axial force is investigated using the mixed finite element method. The SWCNT is assumed to be Euler-Bernoulli beam incorporating nonlocal theory developed by Eringen. The mixed finite element model shows its great advantage of dealing with nonlocal behavior of SWCNT subjected to a concentrated load owing to the existence of two coefficients ${\alpha}_1$ and ${\alpha}_2$. This is the first numerical approach to deal with a puzzling fact of nonlocal theory with concentrated load. Numerical examples are performed to show the accuracy and efficiency of the present method. In addition, parametric study is carefully carried out to point out the influences of nonlocal effect, the elastic medium, and the initial axial force on the behavior of the carbon nanotubes.
This present article represents the study of the forced vibration of nanobeam of a single-walled carbon nanotube (SWCNTs) surrounded by a polymer matrix. The modeling was done according to the Euler-Bernoulli beam model and with the application of the non-local continuum or elasticity theory. Particulars cases of the local elasticity theory have also been studied for comparison. This model takes into account the different effects of the interaction of the Winkler's type elastic medium with the nanobeam of carbon nanotubes. Then, a study of the influence of the amplitude distribution and the frequency was made by variation of some parameters such as (scale effect ($e_0{^a}$), the dimensional ratio or aspect ratio (L/d), also, bound to the mode number (N) and the effect of the stiffness of elastic medium ($K_w$). The results obtained indicate the dependence of the variation of the amplitude and the frequency with the different parameters of the model, besides they prove the local effect of the stresses.
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 presentation dedicated to the tricentennial birth anniversary of the great eighteenth-century Swiss mathematician, Leonhard Euler (1707-1783), we begin by remarking about the so-called Basler problem of evaluating the Zeta function ${\zeta}(s)$ [in the much later notation of Georg Friedrich Bernhard Riemann (1826-1866)] when s=2, which was then of vital importance to Euler and to many other contemporary mathematicians including especially the Bernoulli brothers [Jakob Bernoulli (1654-1705) and Johann Bernoulli (1667-1748)], and for which a fascinatingly large number of seemingly independent solutions have appeared in the mathematical literature ever since Euler first solved this problem in the year 1736. We then investigate various recent developments on the evaluations and representations of ${\zeta}(s)$ when $s{\in}{\mathbb{N}}{\backslash}\;[1],\;{\mathbb{N}}$ being the set of natural numbers. We emphasize upon several interesting classes of rapidly convergent series representations for ${\zeta}(2n+1)(n{\in}{\mathbb{N}})$ which have been developed in recent years. In two of many computationally useful special cases considered here, it is observed that ${\zeta}(3)$ can be represented by means of series which converge much more rapidly than that in Euler's celebrated formula as well as the series used recently by Roger $Ap\'{e}ry$ (1916-1994) in his proof of the irrationality of ${\zeta}(3)$. Symbolic and numerical computations using Mathematica (Version 4.0) for Linux show, among other things, that only 50 terms of one of these series are capable of producing an accuracy of seven decimal places.
In this paper, we investigate the free vibration of axially loaded non-uniform Rayleigh cantilever beams. The Rayleigh beams account for the rotary inertia effect which is ignored in Euler-Bernoulli beam theory. Using an inverse problem approach we show, that for certain polynomial variations of the mass per unit length and the flexural stiffness, there exists a fundamental closed form solution to the fourth order governing differential equation for Rayleigh beams. The derived property variation can serve as test functions for numerical methods. For the rotating beam case, the results have been compared with those derived using the Euler-Bernoulli beam theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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