The natural frequencies of continuous systems depend on the governing partial differential equation and can be numerically estimated using the finite element method. The accuracy and convergence of the finite element method depends on the choice of basis functions. A basis function will generally perform better if it is closely linked to the problem physics. The stiffness matrix is the same for either static or dynamic loading, hence the basis function can be chosen such that it satisfies the static part of the governing differential equation. However, in the case of a rotating beam, an exact closed form solution for the static part of the governing differential equation is not known. In this paper, we try to find an approximate solution for the static part of the governing differential equation for an uniform rotating beam. The error resulting from the approximation is minimized to generate relations between the constants assumed in the solution. This new function is used as a basis function which gives rise to shape functions which depend on position of the element in the beam, material, geometric properties and rotational speed of the beam. The results of finite element analysis with the new basis functions are verified with published literature for uniform and tapered rotating beams under different boundary conditions. Numerical results clearly show the advantage of the current approach at high rotation speeds with a reduction of 10 to 33% in the degrees of freedom required for convergence of the first five modes to four decimal places for an uniform rotating cantilever beam.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.49
no.3
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pp.131-137
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2000
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.
Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
In this paper, a Taguchi-based finite element method (FEM) has been proposed and implemented to assess optimal design parameters for minimum static deflection in laminated composite plate. An orthodox mathematical model (based on higher-order shear deformation plate theory and Green-Lagrange geometrical nonlinearity) has been used to compute the nonlinear central deflection values of laminated composite plates according to Taguchi design of experiment via a self-developed MATLAB computer code. The lay-up scheme, aspect ratio, thickness ratio and the support conditions of the laminated composite plate structure were designated as the governable design parameters. Analysis of variance (ANOVA) is used to investigate the effect of diverse control factors on the nonlinear static responses. Moreover, regression model is developed for predicting the desired responses. The ANOVA revealed that the lay-up scheme alongside the support condition plays vital role in minimizing the central deflection values of laminated composite plate under uniformly distributed load. The conformity test results of Taguchi analysis are also in good agreement with the numerical experimentation results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.4
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pp.175-184
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2006
Two methods of the nonlinear static pushover analysis have been presented for the performance-based seismic design and evaluation of MDOF continuous bridges. Guidelines for buildings presented in FEMA-273 applying the Displacement Coefficient Method (DCM) and in ATC applying the Capacity Spectrum Method(CSM) have been modified for MDOF bridges. Two methods are compared with the time- history analysis. The lateral load distribution pattern for seismic loads has been examined in the static pushover analysis. The force-based fiber frame finite element has been implemented in the modeling of reinforced concrete piers.
Proceedings of the Safety Management and Science Conference
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2011.11a
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pp.75-84
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2011
In this paper various numerical analyses are carried out according to behavior characteristics of structures and types of seismic design methods as a study on the seismic analysis for underground structures. Equivalent Static Force Procedure and Response Displacement Method commonly used in practiral design are adopted and Time History Method regarded as the most accurate analysis method is selected to verify the results of two practical methods above. 3-D modelling for seismic analysis of structures is introduced to consider Structure Soil Interaction and all analyses are based on Korea Structural Concrete Design Code. After numerical analyses, Equivalent Static Force Procedure and Response Displacement Method showed relatively lager values than those of Time History Method, so it is identified that above two methods are suitable for practical design purpose.
Momentum changing actuators like reaction wheels and control moment gyros are generally used for spacecraft attitude control. This type of actuators produces force and torque disturbances. These disturbances must be reduced since they degrade the quality of spacecraft attitude control. Major disturbances are mainly due to static and dynamic imbalances. This paper gives attention to the reduction of the static and dynamic imbalance. Force/torque measurement system is used to measure the disturbance of the test reaction wheel. An identification method for the location and magnitude of the imbalance is suggested, and the corrections of the imbalance are performed using balancing method. Through balancing, the static and dynamic imbalance is remarkably reduced.
Nam Young-Woo;Kang Pyeong-Doo;Jun Dae-Han;Kim Jae-Ung
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.71-78
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2005
In performance-based design methods, it is clear that the evaluation of the nonlinear response is required. The methods available to the design engineer today are nonlinear tim history analyses, or monotonic static nonlinear analyses, or equivalent static analyses with simulated inelastic influences. The nonlinear time analysis is the most accurate method in computing the nonlinear response of structures, but it is time-consuming and necessitate more efforts. Some codes proposed the capacity spectrum method based on the nonlinear static analysis to determine earthquake-induced demand given the structure pushover curve. This procedure is conceptually simple but iterative and time consuming with some errors. The nonlinear direct spectrum method is proposed and studied to evaluate nonlinear response of structures, without iterative computations, given by the structural linear vibration period and yield strength from the pushover analysis. The purpose of this paper is to compare the accuracy and the reliability of approximate nonlinear methods with respect to RC dual system and various earthquakes.
Press fitting method for joining of a hybrid tube and steel ring with small teeth for automotive aluminum/composite hybrid propeller shaft was devised to improve reliability and to reduce manufacturing cost, compared to other joining methods such as an adhesively bonded joint, bolted joint or welded joint. To obtain high strength of the press fit joint, an optimal design method for the teeth was devised with respect to number and shape of the steel teeth. Torsional static, fatigue tests and finite element analysis of the press fit joint were performed with respect to experimental variables. The developed optimal design method predicted well the static torque capability and failure mode of the press fit joint. Also, it provided design guide line of press fit joint for improving torsional static and fatigue characteristics.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.78-85
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2005
The static implicit finite element method is applied effectively to analyze total roof panel stamping processes, which include the forming stage. complicated and abnormal Large size roof panel was analyzed by using commercial program called AutoForm. Analysis results examining possibility and validity of the AutoForm software and the factor study are presented. Further, the simulated results for the total roof panel stamping processes are shown and discussed. Its application is being increased especially in the automotive industrial area for the cost reduction, weight saving, and improvement of strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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