A vibration analysis for a rotating cantilever beam with the tapered cross section is presented in this study. The stiffness changes due to the stretching caused by centrifugal inertia forces when a tapered cantilever beam rotates about the axis perpendicular to its longitudinal axis. When the cross section of cantilever beam are assumed to decrease constantly, the mass and stiffness also change according to the variation of the thickness and width ratio of a tapered cantilever beam. Such phenomena result in variations of natural frequencies and mode shapes. Therefore it is important to the equations of motion in order to be obtained accurate predictions of these variations. The equations of motion of a rotating tapered cantilever beam are derived by using hybrid deformation variable modeling method and numerical results are obtained along with the angular velocity and the thickness and width ratio.
The present paper proposes a modal analysis procedure to obtain exact modal parameters (natural frequencies, damping ratios, eigenvectors) for general, non-uniform beam-like structures. The proposed method includes a derivation of the system dynamic matrix for a Timoshenko beam element. The proposed method provides not only exact modal parameters but also exact frequency response functions (FRFs) for general beam structures. A time domain analysis method is also proposed. Two examples are provided for validating and illustrating the proposed method. The first numerical example compares the proposed method with FEM. The second example deals with a non-uniform beam structure supported in joints with damping property. The numerical study proves that the proposed method is useful for the dynamic analysis of continuous systems consisting of beam-like structures.
A vibration analysis for a rotating cantilever beam with the tapered cross section is presented in this study. The stiffness changes due to the stretching caused by centrifugal inertia forces when a tapered cantilever beam rotates about the axis perpendicular to its longitudinal axis. When the cross section of cantilever beam are assumed to decrease constantly, the mass and stiffness also change according to the variation of the thickness and width ratio of a tapered cantilever beam. Such phenomena result in variations of natural frequencies and mode shapes. Therefore it is important to the equations of motion in order to be obtained accurate predictions of these variations. The equations of motion of a rotating tapered cantilever beam are derived by using hybrid deformation variable modeling method and numerical results are obtained along with the angular velocity and the thickness and width ratio.
Park, Sangdeok;Wankyun Chung;Youngil Youm;Lee, Jaewon
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 1998년도 제13차 학술회의논문집
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pp.367-372
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1998
In this paper, the mathematical model of a cut with an inverted flexible beam and a concentrated tip mass was derived. The characteristic equation for calculating the natural frequencies of the cart-beam-mass system was obtained and the motion of the system was analyzed through unconstrained modal analysis. A good positioning response of the cart without excessive vibrational motion of the tip mass could be obtained through numerical simulation using PID controller with the feedback of both the position of the cart and the deflection of the beam.
곡선보의 고유진동수를 측정하기 우하여 이론적인 해석과 실험 및 유한요소법해석을 실시하였다. 본 논문에서는 모우드해석을 위한 실험에서 얻어지는 결과로부터 곡선보의 동특성의 하나인 고유진동수를 구하였다 먼저, 이론식을 통해 구조물의 동특성을 파악하고, 유한요소해석과 실험에 의한 결과를 비교 검토하여 구조물의 동적해석에 있어서 모우드해석법의 적용성을 보였다.
In this paper a dynamic behavior(natural frequency) of a cracked cantilever beam subjected to follower force is presented. In addition, an analysis of the flutter and buckling instability of a cracked cantilever beam subjected to a follower compressive load is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The vibration analysis on such cracked beam is conducted to identify the critical follower force for flutter instability based on the variation of the first two resonant frequencies of the beam. Besides, the effect of the crack's intensity and location on the flutter follower force is studied. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations.
In practical design of girder bridges or reinforced concrete slab bridges with T-type piers, it is usually assumed that vertical movements of superstructures are completely restrained at the locations of bearings(shoes) on a cap beam of the pier, The resulting vertical reactions are applied to the bearing for the calculation of bending moments and shear forces in the cap beam. However, in reality, the overhang parts of the cap beam will deform under the dead load of superstructures and the live load so that it may act as an elastic foundation. Due to the settlement of the elastic foundation, the actual distribution of the reactions at the bearings along the cap beam may be different from that obtained under the assumption that the vertical movements are fixed at the bearings. In the present study, investigated is the effects of elastic deformations of the T-type pier on the distribution of reactions at the bearings along the cap beam through 3-dimensional finite element analysis. Herein, for this purpose the whole structural system including the superstructure and piers as well is analyzed. It appears that the conventional practice which neglects the elastic deformations of the cap beam exhibits considerably different distributions of the reactions as compared with those obtained from the present finite element analysis. It is, therefore, recommended that in order to assess the reactions at bearings correctly the whole structural system be analyzed using 3-dimensional finite element analysis.
In this paper, the stability of a cracked cantilever beam subjected to follower force is presented. In addition, an analysis of the flutter instability(flutter critical follower force) of a cracked cantilever beam subjected to a follower compressive load is presented. Based on the Timoshenko beam theory. The vibration analysis on such cracked beam is conducted to identify the critical follower force for flutter instability based on the variation of the first two resonant frequencies of the beam. Besides, the effect of the crack's intensity and location on the flutter follower force is studied. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. Generally, the critical follower force for flutter is proportional to the crack depth.
The analysis on heat fluxed on and transmission efficiencies by the collimators of neutral beam injection lines in KSTAR tokamak device has been carried out. And a mathematical model describing non-Gaussian beam distribution profile has been established. A neutral beam injection device is composed of 3 separate ion sources and corresponding beam transport lines, which deal with 7.8 MW of beam power, respectively. The divergence angles of ion beam are $1.2^{\circ}$and $0.5^{\circ}$, in vertical and horizontal directions, respectively. The maximum normal heat load on source exit scraper is 9.1 kW/$\textrm{cm}^2$ and net beam transmission efficiency is ~28%. The effect of misalignment of ion source and scrapers on the scraper heat load and beam transmission also has been analyzed.
Beam-column joints are a critical component of reinforced concrete frame structures. They are responsible for transferring forces between adjoining beams and columns while limiting story drifts and maintaining structural integrity. During severe loading, beam-column joints deform significantly, affecting, and sometimes governing, the overall response of frame structures. While most failure modes for beam and column elements are commonly considered in plastic-hinge-based global frame analyses, the beam-column joint failure modes, such as concrete shear and reinforcement bond slip, are frequently omitted. One reason for this is the dearth of published guidance on what type of hinges to use, how to derive the joint hinge properties, and where to place these hinges. Many beam-column joint models are available in literature but their adoption by practicing structural engineers has been limited due to their complex nature and lack of practical application tools. The objective of this study is to provide a comparative review of the available beam-column joint models and present a practical joint modeling approach for integration into commonly used global frame analysis software. The presented modeling approach uses rotational spring models and is capable of modeling both interior and exterior joints with or without transverse reinforcement. A spreadsheet tool is also developed to execute the mathematical calculations and derive the shear stress-strain and moment-rotation curves ready for inputting into the global frame analysis. The application of the approach is presented by modeling a beam column joint specimen which was tested experimentally. Important modeling considerations are also presented to assist practitioners in properly modeling beam-column joints in frame analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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