Hosseini-Tabatabaei, Mahmoud-Reza;Rezaiee-Pajand, Mohmmad;Mollaeinia, Mahmoud R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.2
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pp.189-199
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2020
Researchers have elaborated several accurate methods to calculate member-end rotations or moments, directly, for bridge-type structures. Recently, the concept of rotation and moment propagation (RMP) has been presented considering bending flexibility, only. Through which, in spite of moment distribution method, all joints are free resulting in rotation and moment emit throughout the structure similar to wave motion. This paper proposes a new set of closed-form equations to calculate member-end rotation or moment, directly, comprising both shear and bending flexibility. Furthermore, the authors program the algorithm of Timoshenko beam theory cooperated with the finite element. Several numerical examples, conducted on the procedures, show that the method is superior in not only the dominant algorithm but also the preciseness of results.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.5
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pp.73-79
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2003
In this paper, RKPM is extended for solving moderately thick and thin beams. General Timoshenko beam theory is used for formulation. Shear locking is the main difficulty in analysis of these kinds of structures. Shear relaxation factor, which is formulated using the difference between bending and shear strain energy, and corrected shear rigidity are introduced to overcome shear locking. Analysis results obtained reveal that RKPM using introduced methods is free of locking and very effectively applicable to deep beams as well as shallow beams.
Kim, Seok-Il;Gwak, Byeong-Man;Lee, Hu-Sang;Jeong, Jae-Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.8
no.2
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pp.57-68
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1991
In this study, to analyse the dynamic characteristics of a machine-tool spindle system, the spindle is mathematically represented by a Timoshenko beam including the internal damping of beam material, and each bearing by four bearing coefficients; stiffness and damping coefficients in moment and radial directions. And the dynamic compliance of the system is calculated by introducing the transfer matrix method, and the complex modal analysis method has been applied for the modal parameter identification. The influence of the bearing coefficients, material damping factor and bearing span on the dynamic characteristics of the system is parametrically examined.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.71-81
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2008
This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.11
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pp.1157-1169
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2008
This paper presents spectral element formulation which approximates Lamb wave propagation by PZT transducers bonded on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by a piezoelectric (PZT) layer rigidly bonded on a base plate. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Euler-Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with the electro-mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are obtained through equations of motions converted into frequency domain. Detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through numerical examples.
Barquero-Cabrero, Jose Daniel;Luevanos-Rojas, Arnulfo;Lopez-Chavarria, Sandra;Medina-Elizondo, Manuel;Velazquez-Santillan, Francisco;Sandoval-Rivas, Ricardo
Smart Structures and Systems
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v.22
no.6
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pp.689-697
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2018
This paper presents a model of the elastic curve for rectangular beams with straight haunches under uniformly distributed load and moments in the ends considering the bending and shear deformations (Timoshenko Theory) to obtain the deflections and rotations on the beam, which is the main part of this research. The traditional model of the elastic curve for rectangular beams under uniformly distributed load considers only the bending deformations (Euler-Bernoulli Theory). Also, a comparison is made between the proposed and traditional model of simply supported beams with respect to the rotations in two supports and the maximum deflection of the beam. Also, another comparison is made for beams fixed at both ends with respect to the moments and reactions in the support A, and the maximum deflection of the beam. Results show that the proposed model is greater for simply supported beams in the maximum deflection and the traditional model is greater for beams fixed at both ends in the maximum deflection. Then, the proposed model is more appropriate and safe with respect the traditional model for structural analysis, because the shear forces and bending moments are present in any type of structure and the bending and shear deformations appear.
We apply higher-order beam theory to analyze the deflections and stresses of a cantilevered single leaf flexure in bending. Our equations include shear deformation and the warping effect in bending. The results are compared with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theory, and are verified by finite element analysis (FEA). The results show that the higher-order beam theory is in a good agreement with the FEA results, with errors of less than 10%. These results indicate that the analysis of the deflections and stresses of a single leaf flexure should consider the shear and warping effects in bending to ensure high precision mechanism design.
An analytical solution of the buckling governing equations of functionally graded piezoelectric (FGP) nanobeams obtained by using a developed third-order shear deformation theory is presented. Electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to change continuously in the thickness direction based on power-law model. To capture the small size effects, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Employing Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of a FG nanobeams made of piezoelectric materials are obtained and they are solved using Navier-type analytical solution. Results are provided to show the effect of different external electric voltage, power-law index, nonlocal parameter and slenderness ratio on the buckling loads of the size-dependent FGP nanobeams. The accuracy of the present model is verified by comparing it with nonlocal Timoshenko FG beams. So, this study makes the first attempt for analyzing buckling behavior of higher order shear deformable FGP nanobeams.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.1
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pp.125-133
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1993
Most studies on the vibration analysis of a beam-column with ends elastically restrained and various intermediate constraints have been based on the Euler beam theory, which is inadequate for beam-columns of low slenderness ratios. In this paper, analytical methods for vibration and dynamic sensitivity of a Timoshenko beam-column with ends elastically restrained and various intermediate constraints are presented. Firstly, an exact solution method is shown. Since the exact method requires considerable computational effort, a Rayleigh-Ritz analysis is also investigated. In the latter two kinds of trial functions are examined for comparisions : eigenfunctions of the base system(the system without intermediate constraints) and polynomials having properties corresponding to the eigenfunctions of the base system. The results of some numerical Investigations show that the Rayleigh-Ritz analysis using the characteristic polynomials is competitive with the exact solutions in accuracy, and that it is much more efficient in computations than using the eigenfunctions of the base system, especially in the dynamic sensitivity analysis. In addition, the prediction of the changes of natural frequencies due to the changes of design variables based on the first order sensitivity is in good agreements with that by the ordinary reanalysis as long as the changes of design variables are moderate.
This study concerns about calculating exact natural frequencies of frames using a single variable shear deformation theory (SVSDT) which considers the parabolic shear stress distribution across the cross section. Free vibration analyses are performed for multi-bay, multi-storey and multi-bay multi-storey type frame structures. Dynamic stiffness formulations are derived and used to obtain first five natural frequencies of frames. Different beam and column cross sections are considered to reveal their effects on free vibration analysis. The calculated natural frequencies are tabulated with the results obtained using Euler-Bernoulli Beam Theory (EBT) and Timoshenko Beam Theory (TBT). Moreover, the effects of inner and outer columns on natural frequencies are compared for multi-bay frames. Several mode shapes are plotted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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