An improved finite element-transfer matrix method is applied to the transient analysis of plates with large displacement under various excitations. In the present method, the transfer of state vectors from left to right in a combined finite element-transfer matrix method is changed into the transfer of generally incremental stiffness equations of every section from left to right. Furthermore, in this method, the propagation of round-off errors occurring in recursive multiplications of transfer and point matrices is avoided. The Newmark-${\beta}$ method is employed for time integration and the modified Newton-Raphson method for equilibrium iteration in each time step. An ITNONDL-W program based on this method using the IBM-PC/AT microcomputer is developed. Finally numerical examples are presented to demonstrate the accuracy as well as the potential of the proposed method for dynamic large deflection analysis of plates with random boundaries under various excitations.
An improved method based on a normal frequency response function (FRF) is proposed to identify structural parameters such as mass, stiffness and damping matrices directly from the FRFs of a linear mechanical system. The method for estimating structural parameters directly from the measured FRFs of a structure is presented. This paper demonstrates that the characteristic matrices are extracted more accurately by using a weighted equation and eliminating the matrix inverse operation. The method is verified for a four degree-of-freedom lumped parameter system and an eight degree-of-freedom finite element beam. Experimental verification is also performed for a free-free steel beam whose size and physical properties are the same as those of the finite element beam. The results show that the structural parameters, especially the damping matrix, can be estimated more accurately by the proposed method.
A simple macro triangle with drilling d.o.f.'s is proposed for plane stress problems based on IET(Individual element test) and finite element template. Three-node triangular element has geometrical advantages in preprocessing but suffers from bad performance comparing to other shapes of elements -especially quadrilateral. Main purpose of this study is to construct a high-performance linear triangular element with limited supplementary d.o.f.'s. A triangle is divided by three sub-triangles with drilling d.o.f.'s. The sub-triangle stiffness come from IET passing force-lumping matrix, so this assures the consistency of the element. The macro element strategy takes care of the element‘s stability and accuracy like higher-order stiffness in the F.E. template. The resulting element fits on the uses of conventional three-node. Benchmark examples show proposed element in closed form stiffness from CAS (Computer algebra system) gives the improved results without more computational efforts than others.
In this article, an analytical-numerical approach is presented in order to determine the dynamic response of thin plates resting on multiple elastic point supports with time-varying stiffness. The proposed method is essentially based on transforming a familiar governing partial differential equation into a new solvable system of linear ordinary differential equations. When dealing with time-invariant stiffness, the solution of this system of equations leads to a symmetric matrix, whose eigenvalues determine the natural frequencies of the point-supported plate. Moreover, this method proves to be applicable for any plate configuration with any type of boundary condition. The results, where possible, are verified upon comparison with available values in the literature, and excellent agreement is achieved.
A hollow crankshaft is considered as part of an effort to reduce the weight of the automobile powertrain. Since the resulting mass reduction alters both the inertia and stiffness properties of the crankshaft, the vibration characteristics of the hollow crankshaft needs to be investigated in comparison with the original solid crankshaft. The crankshafts are modeled by 38 lumped mass and stiffness elements, in which the dynamic parameters for each lumped element are obtained by the finite element calculation. The fluid-film bearings supporting the crankshaft give rise to linear spring and damping elements that can be derived from the hydrodynamic bearing model. The transfer matrix method is applied to yield the natural frequencies and mode shapes of the crankshaft vibration. The natural frequencies of the hollow crankshaft are founded to be greater than that of the solid crankshaft, and the incorporation of the bearing stiffness tends to accentuate the difference.
Saoula Abdelkader;Abdelrahmane B. Benyamina;Meftah Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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제52권3호
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pp.343-356
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2024
This paper presents an analytical solution for correctly predicting the Lateral-Torsional Buckling critical moment of simply supported castellated beams, the solution covers uniformly distributed loads combined with compressive loads. For this purpose, the castellated beam section with hexagonal-type perforation is treated as an arrangement of double "T" sections, composed of an upper T section and a lower T section. The castellated beam with regular openings is considered as a periodic repeating structure of unit cells. According to the kinematic model, the energy principle is applied in the context of geometric nonlinearity and the linear elastic behavior of materials. The differential equilibrium equations are established using Galerkin's method and the tangential stiffness matrix is calculated to determine the critical lateral torsional buckling loads. A Finite Element simulation using ABAQUS software is performed to verify the accuracy of the suggested analytical solution, each castellated beam is modelled with appropriate sizes meshes by thin shell elements S8R, the chosen element has 8 nodes and six degrees of freedom per node, including five integration points through the thickness, the Lanczos eigen-solver of ABAQUS was used to conduct elastic buckling analysis. It has been demonstrated that the proposed analytical solution results are in good agreement with those of the finite element method. A parametric study involving geometric and mechanical parameters is carried out, the intensity of the compressive load is also included. In comparison with the linear solution, it has been found that the linear stability underestimates the lateral buckling resistance. It has been confirmed that when high axial loads are applied, an impressive reduction in critical loads has been observed. It can be concluded that the obtained analytical solution is efficient and simple, and offers a rapid and direct method for estimating the lateral torsional buckling critical moment of simply supported castellated beams.
2 phase 8 pole HB-type(flat-type) Linear Pulse Motor can be used as the high precision position actuator because of its many advantages (simple control circuit, high stiffness characteristics, etc). Also, using the microstep drive, its noise and vibration can be reduced considerably and positional resolution may be increased further. But, $20^{\circ}$tapered tooth shape to reduce the normal force have an much effect on the static thrust force characteristics. And, because of hybrid-type LPM, interaction between the permanent magnet and the excitation current have an effect on the various characteristics of LPM. Hence, in this paper, the effect of tooth shape on static thrust force characteristics was analyzed using the air gap permeance by finite element method. For analyzing the effect of unbalance between the m.m.f of permanent magnet and the m.m.f of excitation current, unbalanced m.m.f coefficient $\sigma$ were introduced with the permenace matrix and switching matrix.
1990년대 중반에 개발된 절대절점좌표는 탄성체 동역학 해석에 활용되고 있다. 운동방정식을 유도하는 과정에서 변위장을 이루는 다항식의 차수가 증가하면 필연적으로 자유도가 증가하게 되고, 이는 해석 시간의 증가로 이어진다. 따라서 본 연구에서는 차원 운동방정식을 무차원 운동방정식으로 전환함으로써 해석 시간을 단축시키고자 하였다. 위치 벡터를 이루는 형상 함수는 무차원으로, 절점 좌표는 길이 차원으로 정리한 후 무차원화하는 변수를 통해 무차원 질량행렬, 무차원 선형 강성행렬 및 무차원 보존력을 유도하였다. 무차원 운동방정식의 검증과 효율성은 정적 처짐에 대한 정해가 존재하는 외팔보 및 단진자 예제를 통해 제시하였다.
Vertical pumps are widely used owing to the fact that they occupy small floor space. In this type of pumps, however, the vibrational problems are very important, since, in many cases, they have less stiffness in comparison with lateral pumps. This study presents a simple solution method for calculating the natural frequencies and modes of vertical pumps. In this study, a mode of a vertical pump was developed and the nondimensional parameters for the vibrational characteristics of it were determined. Added mass was calculated for the effects of water and the transfer matrix method was used.
This paper presents a robust controller design approach for improving vehicle dynamic roll motion performance and guaranteeing the closed-loop system stability in spite of vehicle parameter variations resulting from aging elements, loading patterns, and driving conditions, etc. The designed controller is linear parameter-varying (LPV) in terms of the time-varying parameters; its control objective is to minimise the $H_{\infty}$ performance from the steering input to the roll angle while satisfying the closed-loop pole placement constraint such that the optimal dynamic roll motion performance is achieved and robust stability is guaranteed. The sufficient conditions for designing such a controller are given as a finite number of linear matrix inequalities (LMIs). Numerical simulation using the three-degree-of-freedom (3-DOF) yaw-roll vehicle model is presented. It shows that the designed controller can effectively improve the vehicle dynamic roll angle response during J-turn or fishhook maneuver when the vehicle's forward velocity and the roll stiffness are varied significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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