Derivation procedures of exact dynamic stiffness matrices of thin-walled curved beams subjected to axial forces are rigorously presented for the spatial free vibration analysis. An exact dynamic stiffness matrix is established from governing equations for a uniform curved beam element with nonsymmetric thin-walled cross section. Firstly this numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. Thus, displacement functions of dispalcement parameters are exactly derived and finally exact stiffness matrices are determined using clement force-displacement relationships. The natural frequencies of the nonsymmetric thin-walled curved beam are evaluated and compared with analytical solutions or results by ABAQUS's shell elements in order to demonstrate the validity of this study.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.369-376
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2000
For the general loading condition and boundary condition, it is very difficult to obtain closed-form solutions for buckling loads and natural frequencies of thin-walled structures because its behaviour is very complex due to the coupling effect of bending and torsional behaviour. Consequently most of previous finite element formulations introduced approximate displacement fields using shape functions as Hermitian polynomials, isoparametric interpoation function, and so on. The purpose of this study is to calculate the exact displacement field of a thin-walled straight beam element with the non-symmetric cross section and present a consistent derivation of the exact dynamic stiffness matrix. An exact dynamic element stiffness matrix is established from Vlasov's coupled differential equations for a uniform beam element of non-symmetric thin-walled cross section. This numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. The natural frequencies are evaluated for the non-symmetric thin-walled straight beam structure, and the results are compared with available solutions in order to verify validity and accuracy of the proposed procedures.
In this article, free vibration of functionally graded (FG) elliptic plates subjected to various classical boundary conditions has been investigated. Literature review reveals no study has been performed based on functionally graded elliptic plates till date. The mechanical kinematic relations are considered based on classical plate theory. Rayleigh-Ritz technique is used to obtain the generalized eigenvalue problem. The material properties of the FG plate are assumed to vary along thickness direction of the constituents according to power-law form. Trial functions denoting the displacement components are expressed in simple algebraic polynomial forms which can handle any edge support. The objective is to study the effect of geometric configurations and gradation of constituent volume fractions on the natural frequencies. New results for frequency parameters are incorporated after performing a test of convergence. A comparison study is carried out with existing literature for validation in special cases. Three-dimensional mode shapes for circular and elliptic FG plates are also presented with various boundary conditions at the edges.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.385-392
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2002
Derivation procedures of exact elastic element stiffness matrix of thin-walled curved beams are rigorously presented for the static analysis. An exact elastic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform curved beam element with nonsymmetric thin-walled cross section. First this numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. Thus, the displacement functions of displacement parameters are exactly derived and finally exact stiffness matrices are determined using member force-displacement relationships. The displacement and normal stress of the section are evaluated and compared with thin-walled straight and curved beam element or results of the analysis using shell elements for the thin-walled curved beam structure in order to demonstrate the validity of this study.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.36
no.11
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pp.813-818
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1987
In this paper, high resolution spectral estimation by AR modelling and principal comonent analysis is proposed. The given data can be expanded by the eigenvectors of the estimated covariance matrix. The eigenspectrum is obtained for each eigenvector using the Autoressive(AR) spectral estimation technique. The final spectrum estimate is obtained by weighting each eigenspectrum with the corresponding eigenvalue and summing them. Although the proposed method increases in computational complexity, it shows good frequency resolution especially for short data records and narrow-band data whose signal-to-noise ratio is low.
Sub-Synchronous Resonance (SSR) is a phenomenon that harms turbine generator shafts because the phenomenon induces sub-synchronous wavering in the system. In the study presented in this paper, a dynamic resistance bank is used to mitigate the occurrence of sub-synchronous phenomenon. A fuzzy logic controller using rotor speed deviation and its derivative as inputs is implemented to damp sub-synchronous oscillations more efficiently. An eigenvalue technique is used to analyse the stability of the system, and a simulation in MATLAB is conducted, based on the IEEE Second Benchmark, to validate the effectiveness of the proposed method under a 3-phase fault condition at an infinite bus. The time-domain simulation and eigenvalues are used to observe the proposed method's superior ability to damp sub-synchronous oscillation.
This paper presents a new method for first and second order eigen-sensitivity analysis of system matrix in augmented form. Eigen-sensitivity analysis provides invaluable informations in power system planning and operation. However, conventional eigen-sensitivity analysis methods, which need all the eigenvalues and eigenvectors, can not be applicable to large scale power systems due to large computer memory and computing time required. In the proposed method, all sensitivity computations for a mode are carried out using the augmented system matrix and its own eigenvalue and right & left eigenvectors. In other words sensitivity analysis for a mode does not need informations on the other eigenvalues and eigenvectors and sparsity technique can be fully utilized. Thus compuations can be done very efficiently with moderate computer memory and computing time even for large power systems. The proposed algorithm is tested for one machine infinite bus system.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.4
no.2
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pp.167-175
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2001
In this study, a general perturbation method is presented to reanalysis dynamic response of base-isolated systems. The perturbation is expanded to general order and which provide the formulation of perturbed solutions. in which eigensolutions of non-modified system are treated as unperturbed solutions. The accuracy of present method is tested using a 2-DOF system with isolator, where the stiffness and damping coefficients of isolator are changed, respectively, The reanalyzed eigensolutions and response using perturbed solutions are successfully approached to exact ones after just first perturbation. Supposing the practical criterion as ${\pm}5%$ error, the modification range of -50%~30% from original system can be allowed for the first order perturbation. Using higher order solutions, the applicable range will be wide.
This paper presents an investigation of the mode localization and frequency loci veering phenomena in an aircraft with disordered external stores. Two theoretical analyses are carried out to study the occurring mechanism of the two phenomena: condensation technique in the subspace spanned by modes of interest and geometric mapping theory in the complex plane. Two simple criteria for predicting the occurrence of the mode localization and frequency loci veering are put forward. The prediction of the phenomena by our theoretically proposed criteria is in good agreement with that obtained through numerical calculations of characteristic solutions of the disordered system.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.6
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pp.11-18
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2018
Isogeometric concept is introduced to find out the optimum layout of plane structure under free vibration. Eigenvalue problem is formulated and numerically solved in order to obtain natural frequencies and mode shapes of plane structures. For the exact geometric expression of the structure, the Non-Uniform Rational B-spline Surface (NURBS) basis functions is employed and it is also used to define the material density functions. A node-wise design variables is adopted to deal with the updating of material density in topology optimization (TO). The definition of modal strain energy is employed to achieve the maximization of fundamental frequency through its minimization. The verification of the proposed TO technique is performed by a series of benchmark test for plane structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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