This paper presents post-buckling responses of a simply supported laminated composite beam subjected to a non-follower axially compression loads. In the nonlinear kinematic model of the laminated beam, total Lagrangian approach is used in conjunction with the Timoshenko beam theory. In the solution of the nonlinear problem, incremental displacement-based finite element method is used with Newton-Raphson iteration method. There is no restriction on the magnitudes of deflections and rotations in contradistinction to von-Karman strain displacement relations of the beam. The distinctive feature of this study is post-buckling analysis of Timoshenko Laminated beams full geometric non-linearity and by using finite element method. The effects of the fibber orientation angles and the stacking sequence of laminates on the post-buckling deflections, configurations and stresses of the composite laminated beam are illustrated and discussed in the numerical results. Numerical results show that the above-mentioned effects play a very important role on the post-buckling responses of the laminated composite beams.
In this study, a relationship between the resonance frequency ratio and Poisson's ratio was proposed that can be used to directly determine the elastic constants. Using this relationship, the frequency ratio between the 1st bending mode and 2nd bending mode for any rectangular Timoshenko beam can be directly estimated and used to determine the elastic constants efficiently. The exact solution of the Timoshenko beam vibration frequency equation under free-free boundary conditions was determined with an accurate shear shape factor. The highest percent difference for the frequency ratio between the theoretical values and the estimated values for all the beam dimensions studied was less than 0.02%. The proposed equations were used to obtain the elastic constants of beams with different material properties and dimensions using the first two measured transverse bending frequencies. Results show that using the equations proposed in this study, the Young's modulus and Poisson's ratio of rectangular Timoshenko beams can be determined more efficiently and accurately than those obtained from industry standards such as ASTM E1876-15 without the need to test the torsional vibration.
In this paper. dynamic behavior of the cracked beam under a moving mass is presented using the finite element method (FEM). Model accuracy is improved with the following consideration: (1) FE model with Timoshenko beam element (2) Additional flexibility matrix due to crack presence (3) Interaction forces between the moving mass and supported beam. The Timoshenko bean model with a two-node finite element is constructed based on Guyan condensation that leads to the results of classical formulations. but in a simple and systematic manner. The cracked section is represented by local flexibility matrix connecting two unchanged beam segments and the crack as modeled a massless rotational spring. The inertia force due to the moving mass is also involved with gravity force equivalent to a moving load. The numerical tests for various mass levels. crack sizes. locations and boundary conditions were performed.
In this manuscript, free vibrations of a unidirectional composite orthotropic Timoshenko beam based on finite strain have been studied. Using Green-Lagrange strain tensor and comprising all of the nonlinear terms of the tensor and also applying Hamilton's principle, equations of motion and boundary conditions of the beam are obtained. Using separation method in single-harmonic state, time and locative variables are separated from each other and finally, the equations of motion and boundary conditions are gained according to locative variable. To solve the equations, generalized differential quadrature method (GDQM) is applied and then, deflection and cross-section rotation of the beam in linear and nonlinear states are drawn and compared with each other. Also, frequencies of carbon/epoxy and glass/epoxy composite beams for different boundary conditions on the basis of the finite strain are calculated. The calculated frequencies of the nonlinear free vibration of the beam utilizing finite strain assumption for various geometries have been compared to von Karman one.
The study suggests a method to analyze the vibration of the multi-stepped beam having the different circular cross-sections. The rotatory inertia, the shear deformation and the torque applied at both ends of the beam are considered in the governing equation. The complex displacement and the variable separation are introduced to derive the solution of the equation of each uniform beam element having constant cross-section. Then boundary conditions are applied to solve the total system. This method uses the mathematically exact solutions unlike numerical method such as the finite element method in solving the problem having the simultaneous differential equations of Timoshenko beam theory. the natural frequencies and the corresponding mode shapes are precise, especially the mode shapes are continuous.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제20권1호
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pp.17-35
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2016
In this study, the dynamic behaviour of a rotating Timoshenko beam when under the actions of a variable magnitude load moving at non-uniform speed is carried out. The effect of cross-sectional dimension and damping on the flexural motions of the elastic beam was neglected. The coupled second order partial differential equations incorporating the effects of rotary and gyroscopic moment describing the motions of the beam was scrutinized in order to obtain the expression for the dynamic deflection and rotation of the vibrating system using an elegant technique called Galerkin's Method. Analyses of the solutions obtained were carried out and various results were displayed in plotted curve. It was found that the response amplitude of the simply supported beam increases with an increase in the value of the foundation reaction modulus. Effects of other vital structural parameters were also established.
In this study, an exact transfer matrix expression for a twisted uniform beam considering the effect of shear deformation and rotary inertia is developed. The particular transfer matrix is derived by applying the distributed mass and transcendental function while using a local coordinate system. The results obtained from this method are independent for a number of subdivided elements, and this method can determine the required number of exact solutions for the free vibration characteristics of a twisted uniform Timoshenko beam using a single element. In addition, it can be used as a useful numerical method for the computation of high-order natural frequencies. To validate the accuracy of the proposed method, the computed results are compared with those reported in the existing literature, and the comparison results indicate notably good agreement. In addition, the method is used to investigate the effects of shear deformation and rotary inertia for a twisted beam.
A damped Timoshenko beam element is introduced for the DOF-efficient forced vibration analysis of beam-like structures coated with viscoelastic damping layers. The rotary inertia as well as the shear deformation is considered, and the damping effect of viscoelastic layers is modeled as an imaginary loss factor in the complex shear modulus. A complex composite cross-section of structures is replaced with a homogeneous one by means of the transformed section approach in order to construct an equivalent single-layer finite element model capable of employing the standard $C^{0}$-continuity basis functions. The numerical reliability and the DOF-efficiency are explored through the comparative numerical experiments.
Large post-buckling behavior of Timoshenko beams subjected to non-follower axial compression loads are studied in this paper by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. Two types of support conditions for the beams are considered. In the case of beams subjected to compression loads, load rise causes compressible forces end therefore buckling and post-buckling phenomena occurs. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. The considered highly non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. There is no restriction on the magnitudes of deflections and rotations in contradistinction to von-Karman strain displacement relations of the beam. The beams considered in numerical examples are made of lower-Carbon Steel. In the study, the relationships between deflections, rotational angles, critical buckling loads, post-buckling configuration, Cauchy stress of the beams and load rising are illustrated in detail in post-buckling case.
In this paper a dynamic behavior of simply supported cracked simply supported beam with the moving masses is presented. Based on the Timoshenko beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modelled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics the of. And the crack is assumed to be in th first mode of fracture. As the depth of the crack and velocity of fluid are increased the mid-span deflection of the pipe conveying fluid with the moving mass is increased. As depth of the crack is increased, the effect that the velocity of the fluid on the mid-span deflection appeals more greatly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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