Negative stiffness dampers (NSDs) have been proven an efficient solution to vibration control of stay cables. Although previous studies usually assumed a linear negative stiffness behavior of NSDs, many negative stiffness devices produce negative stiffness with nonlinear behavior. This paper systematically evaluates the impact of nonlinearity in negative stiffness on vibration control performance for stay cables. A linearization method based on energy equivalent principle is proposed, and subsequently, the impact of two types of nonlinear stiffness, namely, displacement hardening and softening stiffness, is evaluated. Through the Hilbert transform (HT) of free vibration responses, the effects of nonlinear stiffness of an NSD on the modal frequencies, damping ratios and frequency response functions of a stay cable is also investigated. The HT analysis results validate the accuracy of the linearization method.
Free vibration analysis for continuous bridge under any number of vehicles is conducted in this paper. Calculation strategy for natural frequency and mode shape is proposed based on Euler-Bernoulli beam theory and numerical assembly method. Firstly, a half-car planar model is adopted; equations of motion and displacement functions for bridge and vehicle are established, respectively. Secondly, the undermined coefficient matrices for wheels, vehicles, intermediate support, left-end support and right-end support are derived. Then, the numerical assembly technique for conventional finite element method is adopted to construct the overall matrix of coefficients for whole system. Finally, natural frequencies and corresponding mode shapes are determined based on iterative method and overall matrix solution. Numerical simulation is presented to verify the effectiveness of the proposed method. The results reveal that the solutions of present method are exact ones. Natural frequencies and associate modal shapes of continuous bridge under different conditions of vehicles are investigated. The influences of vehicle parameters on natural frequencies are also demonstrated.
Based on a full layerwise displacement shell theory, the nitration and damping characteristics of cylindrical sandwiched panels with viscoelastic layers are investigated. The transverse shear deformation and the normal strain of the cylindrical hybrid panels are fully taken into account for the structural damping modelling. The present finite element model Is formulated by using Hamilton's virtual work principle and the cylindrical curvature of hybrid panels is exactly modeled. Modal loss factors and frequency response functions are analyzed for various structural parameters of cylindrical sandwich panels. Present results show that the full layerwise finite element method can accurately predict the vibration and damping characteristics of the cylindrical hybrid panels with surface damping treatments and constrained layer damping.
Based on a full layerwise displacement shell theory, the vibration and damping characteristics of cylindrical sandwiched panels with viscoelastic layers are investigated. The transverse shear deformation and the normal strain of the cylindrical hybrid panels are fully taken into account for the structural damping modelling. The present finite element model is formulated by using Hamilton's virtual work principle and the cylindrical curvature of hybrid panels is exactly modeled. Modal loss factors and frequency response functions are analyzed for various structural parameters of cylindrical sandwich panels. Present results show that the full layerwise finite element method can accurately predict the vibration and damping characteristics of the cylindrical hybrid panels with surface damping treatments and constrained layer damping.
레이저 절단기는 고도의 정밀을 요하는 선체구조강판의 가공용으로 최근 조선소에서 사용되게 되었으며, 정밀성 유지를 위해서 이 시스템 자체의 운동으로 인한 변형은 일정한도 내에서 유지되어야 한다. 본 논문에서는 새로 개발된 레이저 절단기의 모드해석 및 구조해석을 이 시스템의 설계요구조건에 부합하는지를 검토하기 위하여 수행하였으며, 이를 위하여 유한 요소 모델링의 효과적인 기법과 가상 질량요소를 분대하는 기법, 가속도장의 변화로 주어지는 외력조건의 구체화 방법등을 제시하였다. 또한 고유진동해석을 수행하여 이 시스템의 동적효과 존재 여부를 검토하였으며 시간영역의 동적해석을 하지 않고 정적해석을 통한 시스템 특성 규명 타당성을 규명하였다. 해석 접근 방법의 유용성이 입증되었으며 결과적으로 본 논문에서 보여 준 해석기법은 유사한 시스템의 특성 규명에 유효하게 적용될 수 있음을 시사하고 있다.
Anisotropic materials are increasingly required in modern technological applications. Certainly, civil, mechanical and naval engineers frequently deal with the situation of analyzing the dynamical behaviour of structural elements being composed of such materials. For example, panels of anisotropic materials must sometimes support electromechanical engines, and besides, holes are performed in them for operational reasons e.g., conduits, ducts or electrical connections. This study is concerned with the natural frequencies and normal modes of vibration of rectangular anisotropic plates supported by different combinations of the classical boundary conditions: clamped, simply - supported and free, and with additional complexities such holes of free boundaries and attached concentrated masses. A variational approach (the well known Ritz method) is used, where the displacement amplitude is approximated by a set of beam functions in each coordinate direction corresponding to the sides of the rectangular plate. Consequently each coordinate function satisfies the essential boundary conditions at the outer edge of the plate. The influence of the position and magnitude of both hole and mass, on the natural frequencies and modal shapes of vibration are studied for a generic anisotropic material. The classical Ritz method with beam functions as spatial approximation proved to be a suitable procedure to solve a problem of such analytical complexity.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad Nawaz;Khan, Muhammad Shabaz;Tounsi, Abdelouahed
Computers and Concrete
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제25권5호
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pp.411-425
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2020
In this paper, the shell material has been taken as functionally graded material and their material quantity is located by the exponential volume fraction law. Moreover, the impact of ring supports around the shell circumference has been examined for their various positions along the shell axial length. These rings support restraints the radial displacement in the transverse direction. While the axial modal deformation functions have been estimated by characteristic beam functions and nature of materials used for construction of cylindrical shells. The fundamental natural frequency of cylindrical shell of parameter versus ratios of length- and height-to-radius for a wide range has been reported and investigated through the study. In addition, by increasing height-to-radius ratio resulting frequencies also increase and frequencies decrease on ratio of length-to-radius. Though the trends of frequency values of both ratios are converse to each other with three different boundary conditions. Also it is examined the position of ring supports with length-to radius ratio, height-to-radius ratio and varying the exponent of volume fraction. MATLAB software package has been utilized for extracting shell frequency spectra. The obtained results are confirmed by comparing with available literature.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad Nawaz;Shahzad, Aamir;Taj, Muhammad;Asghar, Sehar;Fatahi-Vajari, Alireza;Singh, Rahul;Tounsi, Abdelouahed
Advances in Computational Design
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제5권4호
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pp.363-380
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2020
In this paper, a cylindrical shell is immersed in a non-viscous fluid using first order shell theory of Sander. These equations are partial differential equations which are solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the Rayleigh-Ritz procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Lagrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. Throughout the computation, simply supported edge condition is used. Expressions for modal displacement functions, the three unknown functions are supposed in such way that the axial, circumferential and time variables are separated by the product method. Comparison is made for empty and fluid-filled cylindrical shell with circumferential wave number, length- and height-radius ratios, it is found that the fluid-filled frequencies are lower than that of without fluid. To generate the fundamental natural frequencies and for better accuracy and effectiveness, the computer software MATLAB is used.
Vibration investigation of fluid-filled three layered cylindrical shells is studied here. A cylindrical shell is immersed in a fluid which is a non-viscous one. Shell motion equations are framed first order shell theory due to Love. These equations are partial differential equations which are usually solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the wave propagation approach procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Lagrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the different layers with constituent material. The coupled frequencies changes with these layers according to the material formation of fluid-filled FG-CSs. Throughout the computation, it is observed that the frequency behavior for the boundary conditions follow as; clamped-clamped (C-C), simply supported-simply supported (SS-SS) frequency curves are higher than that of clamped-simply (C-S) curves. Expressions for modal displacement functions, the three unknown functions are supposed in such way that the axial, circumferential and time variables are separated by the product method. Computer software MATLAB codes are used to solve the frequency equation for extracting vibrations of fluid-filled.
This paper presents a theoretical analysis for the free vibration of rectangular tanks partially filled with an ideal liquid. Wet dynamic displacements of the tanks are approximated by combining the orthogonal polynomials satisfying the boundary conditions, since the rectangular tanks are composed of four rectangular plates. The classical boundary conditions of the tanks at the top and bottom ends are considered, such as clamped, simply supported, and clamped-free boundary conditions. As the facing rectangular plates are assumed to be geometrically and structurally identical, the vibration modes of the facing plates of the tanks can be divided into two categories: symmetric and antisymmetric modes with respect to the planes passing through the center of the tanks and perpendicular to the free liquid surface. The liquid displacement potentials satisfying the Laplace equation and liquid boundary conditions are derived, and the wet dynamic modal functions of a quarter of the tanks can be expanded by the finite Fourier transform for compatibility requirements along the contacting surfaces between the tanks and liquid. An eigenvalue problem is derived using the Rayleigh-Ritz method. Consequently, the wet natural frequencies of the rectangular tanks can be extracted. The proposed analytical method is verified by observing an excellent agreement with three-dimensional finite element analysis results. The effects of the liquid level and boundary condition at the top and bottom edges are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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