The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.9
no.5
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pp.90-95
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2010
The dynamic instability and natural frequency of elastically restrained pipe conveying fluid with the attached mass are investigated in this paper. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by using extended Hamilton's Principle. The influence of attached mass and its position on the dynamic instability of a elastically restrained pipe system is presented. Also, the critical flow velocity for the flutter and divergence due to the variation in the position and stiffness of supported spring is studied. Finally, the critical flow velocities and stability maps of the pipe conveying fluid with the attached mass are obtained by changing the parameters.
The flutter of a bridge is induced by self-excited force factors such as lift, drag and aerodynamic moment. These factors are associated with flutter derivatives in the analysis of wind engineering. The flutter derivatives are the function of structure configuration, wind velocity and response circular frequency. Therefore, the governing equations for the interaction between the wind and dynamic response of the structure are complicated and highly nonlinear. Herein, a numerical algorithm through graphical technique for the solution of wind at flutter is presented. It provides a concise approach to the solution of wind velocity at flutter.
The effect of mean angle of wind attack on the flutter critical wind speed of two generic bridge deck cross-sections, viz, one closed box type streamlined section (deck-1) and closed box trapezoidal bluff type section with extended flanges/overhangs (deck-2) type of section have been studied using Computational Fluid Dynamics (CFD) based forced vibration simulation method. Owing to the importance of the effect of the amplitude of forcing oscillation on the flutter onset, its effect on the flutter derivatives and flutter onset have been studied, especially at non-zero mean angles of wind attack. The flutter derivatives obtained have been used to evaluate flutter critical wind speeds and flutter index of the deck sections at non-zero mean angles of wind attack studied and the same have been validated with those based on experimental results reported in literature. The value of amplitude of forcing oscillation in torsional degree of freedom for CFD based simulations is suggested to be in the range of 0.5° to 2°, especially for bluff bridge deck sections. Early onset of flutter from numerical simulations, thereby conservative estimate of occurrence of instability has been observed from numerical simulations in case of bluff bridge deck section. The study aids in gaining confidence and the extent of applicability of CFD during early stages of bridge design, especially towards carrying out studies on mean incident wind effects.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.6
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pp.593-603
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2010
In this paper, vibration and flow-induced flutter instability analysis of cantilever multi-wall carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam is investigated. Non-classical effects of transverse shear and rotary inertia and van der Waals forces between two walls are incorporated in this study. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extend Galerkin method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin method. Cantilevered carbon nanotubes are damped with decaying amplitude for flow velocity below a certain critical value, however, beyond this critical flow velocity, flutter instability may occur. Variations of critical flow velocity with both radius ratio and length of carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.242-249
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2008
In this paper, flow-induced flutter instability of cantilever carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam is investigated. Non-classical effects of transverse shear and rotary inertia are incorporated in this study. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extend Galerkin method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin method. Cantilevered carbon nanotubes are damped with decaying amplitude for flow velocity below a certain critical value, however, beyond this critical flow velocity, flutter instability may occur. Variations of critical flow velocity with both radius ratio and length of carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.6
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pp.1496-1502
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1994
The influences of spring position and spring stiffness on the critical force of a cantilevered beam subjected to a follower force are investigated. The spring attatched to the beam is assumed to be a translational one and can be located at arbitrary positions of the beam as it has not been assumed so far. The effects of transeverse shear deformation and rotary intertia of the beam are also included in this analysis. The charateristic equation for the system is derived and a finite element model of the beam using local coordinates is formulated through extended Hamilton's principle. It is found that when the spring is located at position less than that of 0.5L, the flutter type instability only exists. It is shown that the spring position approaches to the free end of the beam from its midpoint, instability type is changed from flutter to divergence through the jump phenomina according to the increase of spring stiffness.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.6
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pp.654-662
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2008
In this paper, flow-induced flutter instability of cantilever carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam is investigated. Non-classical effects of transverse shear and rotary inertia are incorporated in this study. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extend Galerkin method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin method. Cantilevered carbon nanotubes are damped with decaying amplitude for flow velocity below a certain critical value, however, beyond this critical flow velocity, flutter instability may occur. Variations of critical flow velocity with both radius ratio and length of carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.219-224
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2012
In this paper, vibration and flow-induced flutter instability analysis of cantilever multiwall carbon nanotubes conveying fluid and modelled as a thin-walled beam is investigated. Non-classical effects of transverse shear and rotary inertia are incorporated in this study. The governing equations and the associated boundary conditions are derived through Hamilton's principle. Numerical analysis is performed by using extend Galerkin method which enables us to obtain more exact solutions compared with conventional Galerkin method. Cantilevered carbon nanotubes are damped with decaying amplitude for flow velocity below a certain critical value, however, beyond this critical flow velocity, flutter instability may occur. Variations of critical flow velocity with both radius ratio and length of carbon nanotubes are investigated and pertinent conclusion is outlined.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.303-310
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2002
The bending vibration and thermal flutter instability of spacecraft booms modeled as circular thin-walled beams of closed cross-section and subjected to thermal radiation loading is investigated in this paper. Thermally induced vibration response characteristics of a composite thin walled beam exhibiting the circumferantially uniform system(CUS) configuration are exploited in connection with the structural flapwise bending-lagwise bending coupling resulting from directional properties of fiber reinforced composite materials and from ply stacking sequence. The numerical simulations display deflection time-history as a function of the ply-angle of fibers of the composite materials, damping factor, incident angle of solar heat flux, as well as the boundary of the thermal flutter instability domain. The adaptive control are provided by a system of piezoelectric devices whose sensing and actuating functions are combined and that an bonded or embedded into the host structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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