International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.134-148
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2011
In general, forces acting on aerospace structures can be divided into two categories-a) conservative forces and b) nonconservative forces. Aeroelastic effects occur due to highly flexible nature of the structure, coupled with the unsteady aerodynamic forces, causing unbounded static deflection (divergence) and dynamic oscillations (flutter). Flexible wing panels subjected to jet thrust and missile type of structures under end rocket thrust are nonconservative systems. Here the structural elements are subjected to follower kind of forces; as the end thrust follow the deformed shape of the flexible structure. When a structure is under a constant follower force whose direction changes according to the deformation of the structure, it may undergo static instability (divergence) where transverse natural frequencies merge into zero and dynamic instability (flutter), where two natural frequencies coincide with each other resulting in the amplitude of vibration growing without bound. However, when the follower forces are pulsating in nature, another kind of dynamic instability is also seen. If certain conditions are satisfied between the driving frequency and the transverse natural frequency, then dynamic instability called 'parametric resonance' occurs and the amplitude of transverse vibration increases without bound. The present review paper will discuss the aeroelastic behaviour of aerospace structures under nonconservative forces.
On the stability of Timoshenko cantilever beam subjected to a follower force, the influence of the characteristics of elastic constraints at the free end Is studied. The equations of motion and boundary conditions of this nonconservative elastic system are estabilished by using the Hamilton's principle. Upon evaluation of the stability of this system, the effect of shear deformation and rotatory inertia is considered in calculation. Using cowper's formulae Timoshenko's shear coefficient K'are determined. From this imvestigation it is found that the constrain parameter have an appreciable stabilizing effect in this nonconservative system. Moreover, it is obvious that the small values of K'decrease the flutter load of this system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.1
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pp.124-131
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1987
The parameteric instability of the cantilever beam carrying two concentrated masses subjected to a periodic follower force is investigated theoretically and experimentally. The effects of the constant follower force and the periodic follower force the mass ratio and the location of the concentrated mass on the parametric instability of the system are discussed. In experiment, the nonconservative follower force is produced by the magnetic force of the electromagnet. The theoretical and the experimental results on the parameteric instability are in good agreement each other.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.801-804
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2006
The purpose of this paper is to investigate the stability of stepped cantilever columns with a tip mass of rotatory inertia and a translational spring at one end. The column model is based on the Bernoulli-Euler theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibration of columns with stepwise variable cross-section and subjected to a subtangential follower force is solved numerically using the corresponding boundary conditions. And the bisection method is used to calculate the critical divergence/flutter load. The frequency and critical divergence/flutter load for the stepped column with a single step are presented as functions of various non-dimensional system parameters: the segmental length parameter, the section ratio, the subtangential parameter, the mass, the moment of inertia of the mass, and the spring parameter.
We develop in this work a new well-balanced preserving-positivity path-conservative central-upwind scheme for Saint-Venant-Exner (SVE) model. The SVE system (SVEs) under some considerations, is a nonconservative hyperbolic system of nonlinear partial differential equations. This model is widely used in coastal engineering to simulate the interaction of fluid flow with sediment beds. It is well known that SVEs requires a robust treatment of nonconservative terms. Some efficient numerical schemes have been proposed to overcome the difficulties related to these terms. However, the main drawbacks of these schemes are what follows: (i) Lack of robustness, (ii) Generation of non-physical diffusions, (iii) Presence of instabilities within numerical solutions. This collection of drawbacks weakens the efficiency of most numerical methods proposed in the literature. To overcome these drawbacks a reformulation of the central-upwind scheme for SVEs (CU-SVEs for short) in a path-conservative version is presented in this work. We first develop a finite-volume method of the first order and then extend it to the second order via the averaging essentially non oscillatory (AENO) framework. Our numerical approach is shown to be well-balanced positivity-preserving and shock-capturing. The resulting scheme could be seen as a predictor-corrector method. The accuracy and robustness of the proposed scheme are assessed through a carefully selected suite of tests.
A new mathematical model to predict the beam pointing instability of a nonconservative two-body satellite system in spinning injection mode has been developed by using Newton-Euler and projection methods. Since the on-axis and null axis of the omni antenna with toroidal pattern beam form a right angle, wobbling of the antenna on-axis is measured by determining the Euler angles which represent the orientation of the satellite's spin axis. Because of the complexity of the system which is a time varying, nonstationary, nonlinear dynamical system, a numerical method is used for the analysis. Computer simulation results present the effects of the mass distribution and internal mass motion on the antenna beam pointing.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.9
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pp.1385-1391
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1997
An analysis is presented on the stability of an elastic cantilever column subjected to a concentrated follower force as to the influence of the elastic restraint and a tip mass at the free end. The elastic restraint is formed by the rotatory springs. For this purpose, the governing equations and boundary conditions are derived by using Hamilton's principle, and the critical flutter loads and frequencies are obtained from the numerical evaluation of the eigenvalue functions of the considered system.
In this study, the dynamic instabilities of a nonlinear elastic system subjected to follower forces are investigated. The two-degree-of-freedom double pendulum model with nonlinear geometry, cubic spring, and linear viscous damping is used for the study. The constant, the initial impact forces acting at the end of the model are considered. The chaotic nature of the system is identified using the standard methods, such as time histories, power density spectrum, and Poincare maps. The responses are chaotic and unpredictable due to the sensitivity to initial conditions. The sensitivities to parameters, such as geometric initial imperfections, magnitude of follower force, direction control constant, and viscous damping, etc., are analysed. Dynamic buckling loads are computed for various parameters, where the loads are changed drastically for the small change of parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.43-49
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1986
The stability behavior of the cantilever beam carrying several masses and subjected to a follower force at its free end is investigated. The effects of the location and the mass ratio of the concentrated masses on the stability of the system are discussed. An optimal location of the concentrated mass is determined to give maximum critical follower force. Discontinuities of the flutter load are observed for the system with more than two concentrated masses.
On the dynamic behavior of a simple beam subjected to an uniformly distributed tangential follower force, the influences of the velocities and magnitudes of a moving mass have been studied by numerical method. The instant amplitude of a simple beam is calculated and analyzed for each position of the moving mass represented by the time functions. The uniformly distributed tangential follower force is considered within its critical value of a simple beam, and four values of velocity is also chosen. Their coupling effects on the deflections of a simple beam are inspected too. When a moving mass moves after middle zone of a simple beam at the low velocities, its deflection is increased by the coupling of an uniformly distributed tangential follower force and moving mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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