Ziaolhagh, Seyed Hamid;Goudarzi, Meghdad;Sani, Ahmad Aftabi
Coupled systems mechanics
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v.5
no.1
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pp.59-86
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2016
This paper deals with the free vibration analysis of a dynamical coupled system: flexible gravity dam- compressible rectangular reservoir. The finite element method is used to compute the natural frequencies and modal shapes of the system. Firstly, the reservoir and subsequently the dam is modeled by classical 8-node elements and the natural frequencies plus modal shapes are calculated. Afterwards, a new 21-node element is introduced and the same procedure is conducted in which an efficient method is employed to carry out the integration operations. Finally, the coupled dam-reservoir system is modeled by solely one 21-node element and the free vibration of dam-reservoir interaction system is investigated. As an important result, it is clearly concluded that the one high-order element treats more precisely than the eight-node elements, since the first one utilizes fifth-degree polynomials to construct the shape functions and the second implements polynomials of degree two.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.11
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pp.2922-2931
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1994
We propose a modified 6-node element, where the sampling point of Gauss quadrature moved in the thickness direction. The modified 6-node element has been applied to static problems and forced motion analyses. In this study, this method is extended to the finite element analysis of the natural frequencies of two dimensional problems. We also propose a modified 16-node element for three dimensional problems, which behaves much like a 20-node element with smaller degree of freedom. The modified 6-node and 16-node elements have been applied to the modal analyses of beams and plates, respectively. The results agree well with the results of the 8-node or 20-node element models.
The vibration response of the bridges under the moving vehicular load is of importance for engineers to estimate the serviceability of existing bridges and to design new bridges. This paper deals with the three dimensional vibration analysis of prestressed concrete bridges under moving vehicles. The prestressed bridges are modeled by four-node isoparametric flat shell elements with the transverse shearing deformation taken into account. The usual five degrees-of-freedom (DOFs) per node of the element are appended with a drilling DOF to accommodate the transformation of the local stiffness and mass matrices to the global coordinates. The vehicle is modeled as a single or two-DOF system. A single-span prestressed Tee beam and two-span prestressed box-girder bridge are studied as the two numerical examples. The effects of prestress forces on the natural frequencies and dynamic responses of the bridges are investigated.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.1
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pp.57-64
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2024
This study numerically compares optimum solutions generated by element- and node-wise topology optimization designs for free vibration structures, where element-and node-wise denote the use of element and nodal densities as design parameters, respectively. For static problems optimal solution comparisons of the two types for topology optimization designs have already been introduced by the author and many other researchers, and the static structural design is very common. In dynamic topology optimization problems the objective is in general related to maximum Eigenfrequency optimization subject to a given material limit since structures with a high fundamental frequency tend to be reasonable stiff for static loads. Numerical applications topologically maximizing the first natural Eigenfrequency verify the difference of solutions between element-and node-wise topology optimum designs.
This study investigates the free vibration and buckling analyses of isotropic curved plate structures fixed at all ends. The Kirchhoff-Love Plate Theory (KLPT) and Finite Element Method (FEM) are employed to model the curved structure. In order to perform the finite element analysis, a four-node quadrilateral element with 5 degrees of freedom (DOF) at each node is utilized. Additionally, the drilling effect (θz) is considered as minimal to satisfy the DOF of the structure. Lagrange's equation of motion is used in order to obtain the first ten natural frequencies and the critical buckling values of the structure. The effects of various radii of curvatures and aspect ratio on the natural frequency and critical buckling load values for the single-bay and two-bay curved frames are investigated within this scope. A computer code based on finite element analysis is developed to perform free vibration and buckling analysis of curved plate frames. The natural frequency and critical buckling load values of the present study are compared with ANSYS R18.2 results. It has been concluded that the results of the present study are in good agreement with ANSYS results for different radii of curvatures and aspect ratio values of both single-bay and two-bay structures.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.18
no.1
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pp.35-38
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1982
Ship hull Vibration is caused by troubling measure instruments installed in the ship, fatigue of the hull girder. Vibration has been studied by the View point of anti-Vibration. However, the theoretical calculation values of the Vibration analysis were not obtained accurately. Therfore, in this paper, Vibration analysis were made on the two (cylinder form, ship form) of ship hull girder by the transfer matrix method. The super-structure length was determined to be 0, 20, 40, 60, 80, 100, percentage of the ship's length from the stern. The results of analysis by the transfer matrix method are as follow. 1. Natural frequency may be determined by the order of node numbers and superstructure length. 2. Natural frequency inereased when the ship form is a finess and increasing ratio followed by high order of node numbers.
In this paper, a non-conforming 3-D 8-node solid element(MQM10) has beets applied to the analyses of static and dynamic bending problems of laminated composite plates The QM10 element exhibits stiffer bending stiffness which is caused by the reduction of degree of freedom from Q11 element. As an effective way to correct the relative stiffness stiffening phenomenon the modification of Gauss sampling points for composite plates is proposed. The quantity of modification is a function of material properties. Also, another two modified equations are obtained, one is modification for stress, and the other is modification of coefficient of shear modulus in free vibration. It is noted that MQM10 element can analyse the static and free vibration problems of various 3-dimensional composite plates composed of unidirectional laminae, woven laminae or braided laminae. The results of MQM10 element are in good agreement with those of 20-node element.
The paper proposes to characterize the free vibration behaviour of non-uniform cylindrical shells using spline approximation under first order shear deformation theory. The system of coupled differential equations in terms of displacement and rotational functions are obtained. These functions are approximated by cubic splines. A generalized eigenvalue problem is obtained and solved numerically for an eigenfrequency parameter and an associated eigenvector which are spline coefficients. Four and two layered cylindrical shells consisting of two different lamination materials and plies comprising of same as well as different materials under two different boundary conditions are analyzed. The effect of length parameter, circumferential node number, material properties, ply orientation, number of lay ups, and coefficients of thickness variations on the frequency parameter is investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.776-785
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2006
Ship builder's requirement for a higher power output rating has lead to the development of super large two stroke low speed diesel engines. Usually a large-sized bore ranging from 8-14 cylinders, this engine group is capable of delivering power output of more than 100,000 bhp at maximum continuous rating. Other positive aspects of this engine type include higher thermal efficiency, reliability, durability and mobility. This all playa vital role in meeting the propulsion requirement of vessels, specifically for large container ships, of which speed is a primary concern to become more competitive. Consequently, this also resulted in the modification of engine parameters and new component designs to meet the consequential higher mean effective pressure and higher maximum combustion pressure. Even though the fundamental excitation mechanism unchanged, torsional vibration stresses in the propulsion shafting are subsequently perceived to be higher. As such, one important viewpoint in the initial engine design is the resulting vibration characteristic expected to prevail on the propulsion shafting system(PSS). This paper investigated the torsional vibration characteristics of these super large engines. For the two node torsional vibration with a nodal point on the crankshaft, a tuning damper is necessary to reduce the torsional stresses on the crankshaft. Hence, the tuning torsional vibration damper design and compatibility to the shafting system was similarly reviewed and analyzed.
This paper proposes shape design of frame structures for vibration suppression and weight reduction. The $H_{\infty}$ norm of the transfer function from disturbance sources to the output points where vibration should be suppressed, is adopted as the performance index to represent the magnitude of vibration transfer. The design parameters are the node positions of the frame structure, on which constraints are imposed so that the structure achieves given tasks. For computation of Pareto optimal solutions to the two-objective design problem, a number of linear combinations of the $H_{\infty}$ norm and the total weight of the structure are considered and minimized. For minimization of the scalared objective function, a Lagrange function is defined by the objective function and the imposed constraints on the design parameters. The solution for which the Lagrange function satisfies the Karush-Kuhn-Tucker condition, is searched by the sequential quadratic programming (SQP) method. Numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed design method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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