In this paper Timoshenko beam theory is employed to investigate the vibration characteristics of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) Beams with a stiff core in thermal environment. The material characteristic of carbon nanotubes (CNT) are supposed to change in the thickness direction in a functionally graded form. They can also be calculated through a micromechanical model where the CNT efficiency parameter is determined by matching the elastic modulus of CNTRCs calculated from the rule of mixture with those gained from the molecular dynamics simulations. The differential transform method (DTM) which is established upon the Taylor series expansion is one of the effective mathematical techniques employed to the differential governing equations of sandwich beams. Effects of carbon nanotube volume fraction, slenderness ratio, core-to-face sheet thickness ratio, different thermal environment and various boundary conditions on the free vibration characteristics of FG-CNTRC sandwich beams are studied. It is observed that vibration response of FG-CNTRC sandwich beams is prominently influenced by these parameters.
The goal of this study is to investigate dynamic responses of laminated composite beams under a moving load with thermal effects. The governing equations of problem are derived by using the Lagrange procedure. The transverse-shear strain and rotary inertia are considered within the Timoshenko beam theory. The material properties of laminas are considered as the temperature dependent physical property. The differential equations of the problem are solved by the Ritz method. The solution step of dynamic problem, the Newmark average acceleration method is used in the time history. A compassion study is performed for accuracy of used formulations and method. In the numerical results, the effects of velocity of moving load, temperature values, the fiber orientation angles and the stacking sequence of laminas on the dynamic responses of the composite laminated beam are investigated.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.3-10
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1996
Numerical methods are developed for solving the buckling loads and the elastica of clamped- free columns of circular cross-section with constant volume. The column model is based rut the Timoshenko beam theory. The Runge-Kutta and Regula-Falsi methods, respectively, are used to solve the governing differential equations and to compute the eigenvalues. Extensive numerical results, including buckling loads, elastica of buckled shapes and effects of shear de-formation, are presented in non-dimensional form for elastic columns whose radius of circular cross-section varies both linearly and parabolically with column length.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11b
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pp.110-113
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2005
Theoretical models to study the vibro-acoustic performance of a sandwich panel are proposed. The wave propagation characteristics are analyzed, and dispersion relation is derived. The vibration Is analyzed using the Mindlin plate theory. The vibration of the compliantly supported Mindlin plate is investigated using the Rayleigh-Ritz method. The Timoshenko beam functions are used as trial functions. The model is applied to numerically investigate the influence of the plate mechanical properties. The vibro-acoustic properties are mostly determined by bending deformation at low frequencies. At higher frequencies, the shear deformation has a strong influence. The proposed numerical model is used to estimate the optimal panel properties that result in minimum sound radiation. With increasing dynamic stiffnesses the vibration response decreases but the radiating wavenumber components increase.
Consistent finite strain Plate constitutive relations are derived based on a hyperelastic formulation for an isotropic material. Plate equilibrium equations under finite strain are derived following a static kinematic approach. Three Euler angles and four shear angles, based on Timoshenko beam theory, represent the kinematics of the deformations in the plate cross section. The Green deformation tensor has been expressed in term of a deformation tensor associated with the deformation and stretches of an embedded plate element. Buckling formulation includes the in-plane axial deformation prior to buckling and transverse as well as in-plane shear deformations. Numerical results for a simply supported thick plate under uni-axial compression force are presented.
The rotating Rayleigh-Timoshenko beam element based on B-spline wavelet on the interval (BSWI) is constructed to discrete short shaft and stiffness disc. The crack is represented by non-dimensional linear spring using linear fracture mechanics theory. The wavelet-based finite element model of rotor system is constructed to solve the first three natural frequencies functions of normalized crack location and depth. The normalized crack location, normalized crack depth and the first three natural frequencies are then employed as the training samples to achieve the neural networks for crack diagnosis. Measured natural frequencies are served as inputs of the trained neural networks and the normalized crack location and depth can be identified. The experimental results of fatigue crack in short shaft is also given.
Satellites with flexible lightweight solar panels are sensitive to vibration that is caused by internal actuators such as reaction or momentum wheels which are used to control the attitude of the satellite. Any infinitesimal amount of unbalance in the reaction wheels rotors will impose a harmonic excitation which may interact with the solar panels structure. Therefore, quenching the solar panel's vibration is of a practical importance. In the present work, the panels are modeled as laminated composite beam using first-order shear deformation laminated plate theory which accounts for rotational inertia as well as shear deformation effects. The vibration suppression is achieved by bonding patches of piezoelectric material with suitable dimensions at selected locations along the panel. These patches are actuated by driving control voltages. The governing equations for the system are formulated and the dynamic Green's functions are used to present an exact yet simple solution for the problem. A guide lines is proposed for determining the values of the driving voltage in order to suppress the induced vibration.
The presence of the pore fluid strongly influences the reponse of the soil subjected to external loading and in many cases increases the risk of final failure. In this paper, we propose the use of a discrete beam lattice model with the aim to investigate the coupling effects of the solid and fluid phase on the response and failure mechanisms in the saturated soil. The discrete cohesive link lattice model used in this paper, is based on inelastic Timoshenko beam finite elements with enhanced kinematics in axial and transverse direction. The coupling equations for the soil-pore fluid interaction are derived from Terzaghi's principle of effective stresses, Biot's porous media theory and Darcy's law for fluid flow through porous media. The application of the model in soil mechanics is illustrated through several numerical simulations.
In this paper, geometrically non-linear analysis of a functionally graded simple supported beam is investigated with porosity effect. The material properties of the beam are assumed to vary though height direction according to a prescribed power-law distributions with different porosity models. In the nonlinear kinematic model of the beam, the total Lagrangian approach is used within Timoshenko beam theory. In the solution of the nonlinear problem, the finite element method is used in conjunction with the Newton-Raphson method. In the study, the effects of material distribution such as power-law exponents, porosity coefficients, nonlinear effects on the static behavior of functionally graded beams are examined and discussed with porosity effects. The difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of functionally graded porous beam is investigated in detail. Also, the effects of the different porosity models on the functionally graded beams are investigated both linear and nonlinear cases.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.269-278
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2003
In this study, the method of the finite element modeling for free vibration control of beam-type smart structures with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators is proposed. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered. By using the variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived, The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. Therefore, by analyzing beam-type smart structures with smart beam finite elements, it is possible to simulate the control of the structural behavior by applying voltages to piezoelectric actuators and monitoring of the structural behavior by sensing voltages of piezoelectric sensors. By using the smart beam finite element and constant-gain feed back control scheme, the formulation of the free vibration control for the beam structures with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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