International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.2
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pp.127-136
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2016
Springing is the resonance phenomenon of a ship hull girder with incoming waves having the same natural frequency of the ship. In this study, a simple and reliable calculation method was developed based on quadratic strip theory using the Timoshenko beam approach as an elastic hull girder. Second-order hydrodynamic forces and Froude-Krylov forces were applied as the external force. To improve the accuracy of the strip method, the variation in the added mass along the ship hull longitudinal direction, so called tip-effect, was considered. The J-factor was also employed to compensate for the effect of three-dimensional fluid motion on the two-node vibration of the ship. Using the developed method, the first- and second-order vertical bending moments of the Flokstra ship were compared. A comparative study was also carried out for a uniform barge ship and a 10,000 TEU container ship with the respective methods including the J-factor and tip-effect.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.788-791
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2005
Nodal displacements are referred to the Initial configuration in the total Lagrangian formulation and to the last converged configuration in the updated Lagrangian formulation. This research proposes a relative nodal displacement method to represent the position and orientation for a node in truss structures. Since the proposed method measures the relative nodal displacements relative to its adjacent nodal reference frame, they are still small for a truss structure undergoing large deformations for the small size elements. As a consequence, element formulations developed under the small deformation assumption are still valid fer structures undergoing large deformations, which significantly simplifies the equations of equilibrium. A structural system is represented by a graph to systematically develop the governing equations of equilibrium for general systems. A node and an element are represented by a node and an edge in graph representation, respectively. Closed loops are opened to form a spanning tree by cutting edges. Two computational sequences are defined in the graph representation. One is the forward path sequence that is used to recover the Cartesian nodal displacements from relative nodal displacements and traverses a graph from the base node towards the terminal nodes. The other is the backward path sequence that is used to recover the nodal forces in the relative coordinate system from the known nodal forces in the absolute coordinate system and traverses from the terminal nodes towards the base node. One closed loop structure undergoing large deformations is analyzed to demonstrate the efficiency and validity of the proposed method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.465-472
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1998
In this study, analytic solution and finite element formulation for the free vibration analysis of thin-walled circular arch, based on linearized virtual work and Vlasov's assumption, including restrained warping effect and second order terms of finite semitangential rotations, is presented. The total potential energy is derived by applying the Hellinger-Reissner principle. In this formulation, all displacement parameters of deformation are defined at the centroid axis. For the finite element formulation, the two node cubic Hermitian polynomials are utilized as shape functions. In special case, potential energy functional of thin-walled curved beam with monosymmetric cross section is derived. From this methodology, analytic solution for the free vibration of monosymmetric circular arch with simply supported is derived. In order to illustrate the accuracy of this study, various parameter studies for free vibration of circular arches are presented and compared with numerical solution analyzed by the FEM using straight beam element.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.6
s.111
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pp.609-618
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2006
This study is undertaken for the vibration analysis of tapered thick plate with concentrated mass on elastic foundation. The boundary condition of the plate is analyzed with the 4-sides simply supported and 4-fixed basis. This study find out the frequency following the change in size for each foundational variable on Pasternak foundation, one of the two-parameter elastic foundation parameter that considered the shear layer to the Winkler foundation parameter. The concentrated mass is applied with the consideration of mass of the entire plate, and the change of frequency is studies on each location with the consideration of reacting for the three locations for concentrated mass. And, in order to find out the change of frequency on the thickness of the plate, it considered tapered ratio that linearly changes depending on the length of the plate with the thickness of the plate in x-direction, and the tapered ratio has changes with 4 types ($\alpha$=0.25, 0, 5, 0.75, and 1.0). For the interpretation, the program using finite element method (F.E.M.) is used and the element coordination is used the 8-node serendipity element. Therefore, the purpose of this study is to find out the characteristics of plate vibration under the mechanica vibration or external vibration factor to facilitate as the basic data of the design to secure the stability.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.239-246
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1997
The general formulation of free vibration and stability analysis of unsymmetric thin-walled space frames and beam-columns is presented. The kinetic and total potential energy is derived by applying the extended virtual work principle, introducing displacement parameters defined at the arbitrarily chosen axis and including second order terms of finite semitangential rotations. In formulating the finite element procedure, cubic Hermitian polynomials are utilized as shape functions of the two node space frame element. Mass, elastic stiffness, and geometric stiffness matrices for the unsymmetric thin-walled section are evaluated. In order to illustrate the accuracy and practical usefulness of this formulation, finite element solutions for the free vibration and stability problems of thin-walled beam-columns and space frames are presented and compared with available solutions.
This study is aimed to accurately predict the vibration response of two types of functionally graded sandwich plates, one with FGM core and another with FGM face sheets. The gradation in FGM layer is quantified by exponential method. An efficient zig-zag theory is used and the zigzag impacts are established via a linear unit Heaviside step function. The present theory fulfills interlaminar transverse stress continuity at the interface and zero condition at the top and bottom surfaces of the plate for transverse shear stresses. Nine-noded C-0 FE having 8DOF/node is utilized throughout analysis. The present model is free from the obligation of any penalty function or post-processing technique and hence is computationally efficient. Numerical results have been presented on the free vibration behavior of sandwich FGM for different end conditions, lamination schemes and layer orientations. The applicability of present model is confirmed by comparing with published results. Several new results are also specified, which will serve as the benchmark for future studies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.12
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pp.1338-1346
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2009
We present a one-dimensional annular plate element with which the in-plane vibration of full disks can be analyzed efficiently and accurately by using the FEM. Its elementary mass matrix and stiffness matrix are derived, respectively, from the virtual work by effective forces and the virtual strain energy. The static deformation modes obtained from an integration of the differential equilibrium equations of the annular plate are used as interpolation functions of the one-dimensional annular plate element. The in-plane natural vibration characteristics of a 2-step full disk and a uniform full disk are analysed. Its results are compared with the results obtained by utilizing two-dimensional 8-node quadrilateral plane elements and cyclic symmetry of the disk. And also, by comparing with the theoretical results of previous researchers, the efficiency and accuracy of the presented element are verified.
The main goal of this article is to develop the finite element formulation based on the nonlocal strain gradient and the refined higher-order deformation theory employing a new function f(z) to investigate the static bending and free vibration of functionally graded porous (FGP) nanobeams. The proposed model considers the simultaneous effects of two parameters: nonlocal and strain gradient coefficients. The nanobeam is made by FGP material that exists in un-even and logarithmic-uneven distribution. The governing equation of the nanobeam is established based on Hamilton's principle. The authors use a 2-node beam element, each node with 8 degrees of freedom (DOFs) approximated by the C1 and C2 continuous Hermit functions to obtain the elemental stiffness matrix and mass matrix. The accuracy of the proposed model is tested by comparison with the results of reputable published works. From here, the influences of the parameters: nonlocal elasticity, strain gradient, porosity, and boundary conditions are studied.
Zakaria Belabed;Abdeldjebbar Tounsi;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdelouahed Tounsi;Mohamed Bourada;Mohammed A. Al-Osta
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.3
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pp.233-252
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2024
This research explores a new finite element model for the free vibration analysis of bi-directional functionally graded (BDFG) beams. The model is based on an efficient higher-order shear deformation beam theory that incorporates a trigonometric warping function for both transverse shear deformation and stress to guarantee traction-free boundary conditions without the necessity of shear correction factors. The proposed two-node beam element has three degrees of freedom per node, and the inter-element continuity is retained using both C1 and C0 continuities for kinematics variables. In addition, the mechanical properties of the (BDFG) beam vary gradually and smoothly in both the in-plane and out-of-plane beam's directions according to an exponential power-law distribution. The highly elevated performance of the developed model is shown by comparing it to conceptual frameworks and solution procedures. Detailed numerical investigations are also conducted to examine the impact of boundary conditions, the bi-directional gradient indices, and the slenderness ratio on the free vibration response of BDFG beams. The suggested finite element beam model is an excellent potential tool for the design and the mechanical behavior estimation of BDFG structures.
In the present article, the vibration response of a geometrically imperfect bi-directional functionally graded plate (2D-FGP) with geometric discontinuities and micro-structural defects (porosities) has been investigated. A porosity model has been developed to incorporate the effective material properties of the bi-directional FGP which varies in two directions i.e. along the axial and transverse direction. The geometric discontinuity is also introduced in the plate in the form of a circular cut-out at the center of the plate. The structural kinematic formulation is based on the non-polynomial trigonometric higher-order shear deformation theory (HSDT). Finite element formulation is done using C° continuous Lagrangian quadrilateral four-noded element with seven degrees of freedom per node. The equations of motion have been derived using a variational approach. Convergence and validation studies have been documented to confirm the accuracy and efficiency of the present formulation. A detailed investigation study has been done to evaluate the influence of the circular cut-out, geometric imperfection, porosity inclusions, partial supports, volume fraction indexes (along with the thickness and length), and geometrical configurations on the vibration response of 2D-FGP. It is concluded that after a particular cut-out dimension, the vibration response of the 2D FGP exhibits non-monotonic behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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