Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.99-104
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2007
In this paper a dynamic behavior(natural frequency) of a cracked cantilever beam with tip mass and 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-Bernouli 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 ins stability 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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.6
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pp.99-107
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2008
In this paper, the stability of a cracked cantilever Timoshenko beam with a tip mass subjected to follower force is investigated. In addition, an analysis of the flutter instability(flutter critical follower force) and a critical natural frequency of a cracked cantilever Euler / Timoshenko beam with a tip mass subjected to a follower force is presented. 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. Therefore, the effect of the crack's intensity, location and a tip mass 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.
Gharaei, Amin;Rabieyan-Najafabadi, Hamid;Nejatbakhsh, Hossein;Ghasemi, Ahmad Reza
Advances in Computational Design
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v.7
no.1
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pp.69-79
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2022
In this research, the aeroelastic instability of a tail section manufactured from aluminum isotropic material with different shell thickness investigated. For this purpose, the two degrees of freedom flutter analytical approach are used, which is accompanied with simulation by finite element analysis. Using finite element analysis, the geometry parameters such as the center of mass, the aerodynamic center and the shear center are determined. Also, by simulation of finite element method, the bending and torsional stiffnesses for various thickness of the airfoil section are determined. Furthermore, using Lagrange's methods the equations of motion are derived and modal frequency and critical torsional/bending modes are discussed. The results show that with increasing the thickness of the isotropic airfoil section, the flutter and divergence speeds increased. Compared of the obtained results with other research, indicates a good agreement and reliability of this method.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2003.10a
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pp.1-5
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2003
This paper deals with dynamic instability of slender rocket-propelled flying bodies, such as launch vehicle and advances missiles subjected to aerodynamic loads and an end rocket thrust. A flying body is simplified into a uniform free-free beam subjected to an end follower thrust. Two types of aerodynamic loads are assumed in the stability analysis. Firstly, it is assumed that two concentrated aerodynamic loads act on the flying body at its nose and tail. Secondly, to take account of effect of unsteady flow due to motion of a flexible flying body, aerodynamic load is estimated by the slender body approximation. Extended Hamilton's principle is applied to the considered beam for deriving the equation of motion. Application of FEM yields standardeigen-value problem. Dynamic stability of the beam is determined by the sign of the real part of the complex eigen-values. If aerodynamic loads are concentrated loads that act on the flying body at its nose and tail, the flutter thrust decreases by about 10% in comparison with the flutter thrust of free-free beam subjected only to an end follower thrust. If aerodynamic loads are distributed along the longitudinal axis of the flying body, the flutter thrust decreases by about 70% in comparison with the flutter thrust of free-free beam under an end follower thrust. It is found that the flutter thrust is reduced considerably if the aerodynamic loads are taken into account in addition to an end rocket thrust in the stability analysis of slender rocket-propelled flying bodies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.605-610
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2007
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.
The main purpose of the present work was to study the dynamic instability of a three-layered, thick composite sandwich beam with the functionally graded (FG) flexible core subjected to an axial compressive follower force. Flutter instability of a sandwich cantilever beam was analyzed using the high-order theory of sandwich beams, for the first time. The governing equations in general for sandwich beams with an FG core were extracted and could be used for all types of sandwich beams with any types of face sheets and cores. A polynomial function is considered for the vertical distribution of the displacement field in the core layer along the thickness, based on the results of the first Frosting's higher order model. The governing partial differential equations and the equations of boundary conditions of the dynamic system are derived using Hamilton's principle. By applying the boundary conditions and numerical solution methods of squares quadrature, the beam flutter phenomenon is studied. In addition, the effects of different geometrical and material parameters on the flutter threshold were investigated. The results showed that the responses of the dynamic instability of the system were influenced by the follower force, the coefficients of FGs and the geometrical parameters like the core thickness. Comparison of the present results with the published results in the literature for the special case confirmed the accuracy of the proposed theory. The results showed that the follower force of the flutter phenomenon threshold for long beams tends to the corresponding results in the Timoshenko beam.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.134-148
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2011
In general, forces acting on aerospace structures can be divided into two categories-a) conservative forces and b) nonconservative forces. Aeroelastic effects occur due to highly flexible nature of the structure, coupled with the unsteady aerodynamic forces, causing unbounded static deflection (divergence) and dynamic oscillations (flutter). Flexible wing panels subjected to jet thrust and missile type of structures under end rocket thrust are nonconservative systems. Here the structural elements are subjected to follower kind of forces; as the end thrust follow the deformed shape of the flexible structure. When a structure is under a constant follower force whose direction changes according to the deformation of the structure, it may undergo static instability (divergence) where transverse natural frequencies merge into zero and dynamic instability (flutter), where two natural frequencies coincide with each other resulting in the amplitude of vibration growing without bound. However, when the follower forces are pulsating in nature, another kind of dynamic instability is also seen. If certain conditions are satisfied between the driving frequency and the transverse natural frequency, then dynamic instability called 'parametric resonance' occurs and the amplitude of transverse vibration increases without bound. The present review paper will discuss the aeroelastic behaviour of aerospace structures under nonconservative forces.
The objective of this work was to investigate the interference effects of two-parallel bridge decks on aerodynamic coefficients, vortex-induced vibration, flutter instability and flutter derivatives. The two bridges have significant difference in cross-sections, dynamic properties, and flutter speeds of each isolate bridge. The aerodynamic static tests and aeroelastic tests were performed in TU-AIT boundary layer wind tunnel in Thammasat University (Thailand) with sectional models in a 1:90 scale. Three configuration cases, including the new bridge stand-alone (case 1), the upstream new bridge and downstream existing bridge (case 2), and the downstream new bridge and the upstream existing bridge (case 3), were selected in this study. The covariance-driven stochastic subspace identification technique (SSI-COV) was applied to identify aerodynamic parameters (i.e., natural frequency, structural damping and state space matrix) of the decks. The results showed that, interference effects of two bridges decks on aerodynamic coefficients result in the slightly reduction of the drag coefficient of case 2 and 3 when compared with case 1. The two parallel configurations of the bridge result in vortex-induced vibrations (VIV) and significantly lower the flutter speed compared with the new bridge alone. The huge torsional motion from upstream new bridge (case 2) generated turbulent wakes flow and resulted in vertical aerodynamic damping H1* of existing bridge becomes zero at wind speed of 72.01 m/s. In this case, the downstream existing bridge was subjected to galloping oscillation induced by the turbulent wake of upstream new bridge. The new bridge also results in significant reduction of the flutter speed of existing bridge from the 128.29 m/s flutter speed of the isolated existing bridge to the 75.35 m/s flutter speed of downstream existing bridge.
Aerodynamic flutter control for long-span cable-supported bridges was investigated based on three basic girder sections, i.e. streamlined box girder section, box girder section with cantilevered slabs and two-isolated-girder section. Totally four kinds of aerodynamic flutter control measures (adding fairings, central-slotting, adding central stabilizers and adjusting the position of inspection rail) were included in this research. Their flutter control effects on different basic girder sections were evaluated by sectional model or aeroelastic model wind tunnel tests. It is found that all basic girder sections can get aerodynamically more stabled with appropriate aerodynamic flutter control measures, while the control effects are influenced by the details of control measures and girder section configurations. The control effects of the combinations of these four kinds of aerodynamic flutter control measures, such as central-slotting plus central-stabilizer, were also investigated through sectional model wind tunnel tests, summarized and compared to the flutter control effect of single measure respectively.
This paper presents a number of approximated analytical formulations for the flutter analysis of long-span bridges using the so-called uncoupled flutter derivatives. The formulae have been developed from the simplified framework of a bimodal coupled flutter problem. As a result, the proposed method represents an extension of Selberg's empirical formula to generic bridge sections, which may be prone to one of the aeroelastic instability such as coupled-mode or single-mode (either dominated by torsion or heaving mode) flutter. Two approximated expressions for the flutter derivatives are required so that only the experimental flutter derivatives of ($H_1^*$, $A_2^*$) are measured to calculate the onset flutter. Based on asymptotic expansions of the flutter derivatives, a further simplified formula was derived to predict the critical wind speed of the cross section, which is prone to the coupled-mode flutter at large reduced wind speeds. The numerical results produced by the proposed formulas have been compared with results obtained by complex eigenvalue analysis and available approximated methods show that they seem to give satisfactory results for a wide range of study cases. Thus, these formulas can be used in the assessment of bridge flutter performance at the preliminary design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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