For the spatially coupled free vibration analysis of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beam subjected to initial axial force, an exact dynamic element stiffness matrix of curved beam is evaluated. Firstly equations of motion and force-deformation relations are rigorously derived from the total potential energy for a curved beam element. Next a system of linear algebraic equations are constructed by introducing 14 displacement parameters and transforming the second order simultaneous differential equations into the first order simultaneous differential equations. And then explicit expressions for displacement parameters are numerically evaluated via eigensolutions and the exact $14{\times}14$ dynamic element stiffness matrix is determined using force-deformation relations. To demonstrate the accuracy and the reliability of this study, the spatially coupled natural frequencies of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beams subjected to initial axial forces are evaluated and compared with analytical and FE solutions using isoparametric and Hermitian curved beam elements and results by ABAQUS's shell elements.
The present paper explores nonlinear dynamical properties of piezo-magnetic beams based on a nonlocal refined higher-order beam formulation and piezoelectric phase effect. The piezoelectric phase increment may lead to improved vibrational behaviors for the smart beams subjected to magnetic fields and external harmonic excitation. Nonlinear governing equations of a nonlocal intelligent beam have been achieved based upon the refined beam model and a numerical provided has been introduced to calculate nonlinear vibrational curves. The present study indicates that variation in the volume fraction of piezoelectric ingredient has a substantial impact on vibrational behaviors of intelligent nanobeam under electrical and magnetic fields. Also, it can be seen that nonlinear free/forced vibrational behaviors of intelligent nanobeam have dependency on the magnitudes of induced electrical voltages, magnetic potential, stiffening elastic substrate and shear deformation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.8
no.1
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pp.81-86
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1996
Subsea pipelines have an important role in the overall tasks of offshore oil and gas production but arc exposed to various hazards with high potential risks of damage resulting in serious economic loss and impact on ocean environment. In this paper, the dynamic free span is analysed, which is one of main risk factors against the safety of subsea pipelines and the allowable length of dynamic free span which is important for the design of subsea pipelines is determined. The allowable free span length is examined by considering the relationship between vortex shedding frequency and natural frequency of pipeline free span, and the variation of the allowable length is analysed for different boundary conditions of pipe ends. The free span is regarded as a beam on elastic foundations and the boundary condition of the beam is generalized by modelling as restrained by linear and rotational spring at each end. A non-dimensionalized curve is obtained to facilitate the determination of exact allowable length of dynamic free span for subsea pipelines and is applied to the pipelines which is to be installed in the gas fields of the south of East Sea of Korea.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.1
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pp.41-54
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1999
For free vibration of non-symmetric thin-walled circular arches including restrained warping effect, the elastic strain and kinetic energy is derived by introducing displacement fields of circular arches in which all displacement parameters are defined at the centroid axis. The cubic Hermitian polynomials are utilized as shape functions for development of the curved thin-walled beam element having eight degrees of freedom. Analytical solution for in-plane free vibration behaviors of simply supported thin-walled curved beams with monosymmetric cross-sections is newly derived. Also, a finite element formulation using two noded curved beams element is presented by evaluating elastic stiffness and mass matrices. In order to illustrate the accuracy and practical usefulness of this study, analytical and numerical solutions for free vibration of circular arches are presented and compared with solutions analyzed by the straight beam element and the ABAQUS's shell element.
Garg, A.;Mukhopadhyay, T.;Chalak, H.D.;Belarbi, M.O.;Li, L.;Sahoo, R.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.5
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pp.707-720
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2022
In the present work, bending and free vibration analyses of multilayered functionally graded (FG) graphene platelet (GPL) and fiber-reinforced hybrid composite beams are carried out using the parabolic function based shear deformation theory. Parabolic variation of transverse shear stress across the thickness of beam and transverse shear stress-free conditions at top and bottom surfaces of the beam are considered, and the proposed formulation incorporates a transverse displacement field. The present theory works only with four unknowns and is computationally efficient. Hamilton's principle has been employed for deriving the governing equations. Analytical solutions are obtained for both the bending and free vibration problems in the present work considering different variations of GPLs and fibers distribution, namely, FG-X, FG-U, FG-Λ, and FG-O for beams having simply-supported boundary condition. First, the matrix is assumed to be strengthened using GPLs, and then the fibers are embedded. Multiscale modeling for material properties of functionally graded graphene platelet/fiber hybrid composites (FG-GPL/FHRC) is performed using Halpin-Tsai micromechanical model. The study reveals that the distributions of GPLs and fibers have significant impacts on the stresses, deflections, and natural frequencies of the beam. The number of layers and shape factors widely affect the behavior of FG-GPL-FHRC beams. The multilayered FG-GPL-FHRC beams turn out to be a good approximation to the FG beams without exhibiting the stress-channeling effects.
Background: The purpose of our study was to compare the dosimetric advantages of Flattening filter free (FFF) beams for trigeminal neuralgia patients using 4 mm conical collimators over previously treated patients with 6 MV SRS beam. Materials and Methods: A retrospective study was conducted for 5 TN patients who had been previously treated at our institution using frame-based, LINAC-based stereotactic radiosurgery (SRS) on Novalis Tx using 6 MV SRS beam were replanned on 6X FFF beams on Edge Linear accelerator with same beam angles and dose constraints using 4 mm conical collimator. The total number of monitor units along with the beam on time was compared for both Edge and Novalis Tx by redelivering the plans in QA mode of LINAC to compare the delivery efficiency. Plan quality was evaluated by homogeneity index (HI) and Paddick gradient index (GI) for each plan. We also analyzed the doses to brainstem and organ at risks (OARs). Results and Discussion: A 28% beam-on time reduction was achieved using 6X FFF when compared with 6X SRS beam of Novalis Tx. A sharp dose fall off with gradient index value of $3.4{\pm}0.27$ for 4 mm Varian conical collimator while $4.17{\pm}0.20$ with BrainLab cone. Among the 5 patients treated with a 4 mm cone, average maximum brainstem dose was 10.24 Gy for Edge using 6X FFF and 14.28 Gy for Novalis Tx using 6X SRS beam. Conclusion: The use of FFF beams improves delivery efficiency and conical collimator reduces dose to OAR's for TN radiosurgery. Further investigation is warranted with larger sample patient data.
Goo, Jang Hyeon;Won, Hui Su;Hong, Joo Wan;Chang, Nam Jun;Park, Jin Hong
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.26
no.2
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pp.363-368
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2014
Purpose : The aim of this study was to appraise properties for radiation therapy techniques and effectiveness of time and economy to a patient in the case of applying flattening filter-free (3F) and flattening filter (2F) beam to the radiation therapy. Materials and Methods : Alderson rando phantom was scanned for computed tomography image. Treatment plans for intensity modulated radiation therapy (IMRT), volumetric modulated arc therapy (VMAT) and stereotactic body radiation therapy (SBRT) with 3F and 2F beam were designed for prostate cancer. To evaluate the differences between the 3F and 2F beam, total monitor units (MUs), beam on time (BOT) and gantry rotation time (GRT) were used and measured with $TrueBeam^{TM}$ STx and Surveillance And Measurement (SAM) 940 detector was used for photoneutron emitted by using 3F and 2F. To assess temporal and economical aspect for a patient, total treatment periods and medical fees were estimated. Results : In using 3F beam, total MUs in IMRT plan increased the highest up to 34.0% and in the test of BOT, GRT and photoneutron, the values in SBRT plan decreased the lowest 39.8, 38.6 and 48.1%, respectively. In the temporal and economical aspect, there were no differences between 3F and 2F beam in all of plans and the results showed that 10 days and 169,560 won was lowest in SBRT plan. Conclusion : According as the results, total MUs increased by using 3F beam than 2F beam but BOT, GRT and photoneutron decreased. From above the results, using 3F beam can decrease intra-fraction setup error and risk of radiation-induced secondary malignancy. But, using 3F beam did not make the benefits of temporal and economical aspect for a patient with the radiation therapy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.359-364
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1998
The effects of boundary conditions on natural frequencies for the ring stiffened composite cylindrical shells are investigated by theoretical method. The Love's thin shell theory and the discrete stiffener theory with beam functions in the Ritz procedure are used to derive the frequency equation. Five different boundary conditions such as clamped-clamped, simply supported-simply supported, free-free, clamped-free, clamped-simply supported are considered in this study. Also, the experimental investigation is presented to validate the theoretical results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.675-680
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2006
This paper deals with the flexural free vibrations of strip foundations. Based on dynamic equilibrium equations of a beam element resting on Winkler foundation, differential equations governing free vibration of strip foundation are derived, in which effects of rotatory inertia and shear deformation are included. For obtaining the natural frequencies, differential equations are solved by numerical methods. As the numerical results, relationships between natural frequencies and various strip parameters are obtained and presented in Tables and Figures.
In this paper an asymptotic iteration method is adopted to analyze non-linear free vibration of reticulated circular plates composed of beam members placed in two orthogonal directions. For the resulting linear ordinary differential equations in the process of iteration, the power series with rapid convergence has been applied to obtain an analytical solution for non-linear characteristic relation between the amplitude and frequency of the structure. Numerical examples are given, and the phenomena indicating hardening of such structures have been presented for the (immovable or movable) simply-supported and clamped circular plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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