Despite popularity of FEM in analysis of static and dynamic structural problems and the routine applicability of FE softwares, analytical methods based on simple mathematical relations is still largely sought by many researchers and practicing engineers around the world. Development of such analytical methods for analysis of free vibration of non-prismatic beams is also of primary concern. In this paper a new and simple method is proposed for determination of vibration frequencies of non-prismatic beams under variable axial forces. The governing differential equation is first obtained and, according to a harmonic vibration, is converted into a single variable equation in terms of location. Through repetitive integrations, integral equation for the weak form of governing equation is derived. The integration constants are determined using the boundary conditions applied to the problem. The mode shape functions are approximated by a power series. Substitution of the power series into the integral equation transforms it into a system of linear algebraic equations. Natural frequencies are determined using a non-trivial solution for system of equations. Presented method is formulated for beams having various end conditions and is extended for determination of the buckling load of non-prismatic beams. The efficiency and convergence rate of the current approach are investigated through comparison of the numerical results obtained to those obtained using available finite element software.
The axisymmetric free vibrations of transversely isotropic magnetoelectroelastic laminated circular plates are studied. Based on the three-dimensional governing equations of magnetoelectroelastic medium, the state space equations of laminated circular plates are obtained. By using the finite Hankel transform and rendering the free terms left by the transform in terms of the boundary quantities, the solutions of the state space equations are given for two kinds of boundary conditions. The frequency equations of the free vibration are derived using the propagator matrix method and the boundary conditions at top and bottom surfaces. By virtue of the inverse Hankel transform, the mode shapes are also determined. Since the solutions strictly satisfy the governing equations in the region and the boundary conditions at the edges, they are the three-dimensionally exact. Finally, the natural frequencies of such plates are tabulated and compared with those of the piezoelectric and elastic plates in the numerical example.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.945-948
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2004
A free vibration analysis of air-operated valve(AOV) is investigated. The vibration characteristics of AOV with size variations are studied. The effects of inner pressure on the natural frequencies are also studied. The analytical results are compared with expermental results.
The nonlinear formulation using the principle of virtual work-energy for free vibration of a large-sag extensible catenary riser in two dimensions is presented in this paper. A support at one end is hinged and the other is a free-sliding roller in the horizontal direction. The catenary riser has a large-sag configuration in the static equilibrium state and is assumed to displace with large amplitude to the motion state. The total virtual work of the catenary riser system involves the virtual strain energy due to bending, the virtual strain energy due to axial deformation, the virtual work done by the effective weight, and the inertia forces. The nonlinear equations of motion for two-dimensional free vibration in the Cartesian coordinate system is developed based on the difference between the Euler's equations in the static state and the displaced state. The linear and nonlinear stiffness matrices of the catenary riser are obtained and the eigenvalue problem is solved using the Galerkin finite element procedure. The natural frequencies and mode shapes are obtained. The results are validated with regard to the reference research addressing the accuracy and efficiency of the proposed nonlinear formulation. The numerical results for free vibration and the effect of the nonlinear behavior for catenary riser are presented.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.388-392
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1995
The Electronic Speckle Pattern Interferometry(ESPI) has been applied to many technical problems such as deformation and displacement measurement, strain visualization and surface roughness monitoring. Composite materials have various complicated characteristics depending on the ply materials,ply orientations,ply stacking sequences and boundary conditions. Therefore, it is difficult to analyze composite material. For efficient use of composit materials in engineering applications, the dynamic behavior such as, natural frequencies and modal patterns should be identified. This studying presents FEM results for the free vibration of symmetrically laminated composite as [30/-30/90] $_{s}$. The natural frequencies of laminated composite rectangular plates having the boundary condition(:2-edge clamped) are experimentally obtained. In order to demonstrate the validity of the experiment,FEM analysis using ANSYS was performed and natural frequencies experimentally obtained is compared with calculated by FEM analysis. The results obtained from both experiment and FEM analysis show a good agreement.t.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.7
no.1
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pp.49-63
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1983
Coupled transverse shaft vibrations have become the target of great concern in high powered ships such as container ships. Due to increasing ship's dimensions and high propulsive power, resonance frequencies of the propeller shaft system tend to decrease and can appear in some cases within the operating speed range of engine. In this connection, the coupled free transverse vibrations of shaft system in two planes are theoretically investigated. This shaft system carries a number of discs and is flexibly supported by a number of bearing stiffness are considered for the calculation. Transfer matrix method is applied to calculate the shaft responses in both planes. A digital computer program is developed to calculate the shaft responses of the coupled transverse vibrations in two planes. An experimental model shaft system is made. It is composed of a disc, shafts, ball bearings thrust bearings and flexible bearing supports. The shaft system is excited by an electrical magnet, and shaft vibration responses in two planes are measured with the strain gage system. From these measurements, the natural frequencies of the shaft system in both planes are found out. The developed program is also used to calculate the shaft vibration responses of experimental model shaft system. From the results of these calculations, the natural frequencies of shaft system in two planes are derived. Theoretical predictions of model shaft natural frequencies show good agreements with its esperimental measurements.
Shahmohammadi, Mohammad Amin;Azhari, Mojtaba;Saadatpour, Mohammad Mehdi
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.361-376
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2020
This paper presents a free vibration analysis of shell panels made of functionally graded material (FGM) in the form of the ordinary and sandwich FGM and laminated shells using the isogeometric B3-spline finite strip method (IG-SFSM). B3-spline and Lagrangian interpolation are employed along the longitudinal and transverse directions respectively in this type of finite strip. The introduced finite strip formulation is based on the degenerated shell method, which provides variable thickness, arbitrary geometries, and analysis of thin or thick shells. Validity of the obtained natural frequencies by IG-SFSM is checked by comparison with results extracted from references for similar cases in different examples. These examples incorporate several geometries, materials, boundary conditions, and continuous thickness variation. A comparison of these two kinds of results and their proximity showed that the introduced IG-SFSM is a reliable tool which can be used in analysis of shells with the aforementioned properties.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.971-976
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2002
The differential equations governing free vibrations of the elastic arches with unsymmetric axis are derived in rectangular coordinates rather than in polar coordinates, in which the effect of rotatory inertia is included. Frequencies and mode shapes are computed numerically for parabolic arches with both clamped ends and both hinged ends. Comparisons of natural frequencies between this study and SAP 2000 are made to validate theories and numerical methods developed herein. The convergent efficiency is highly improved under the newly derived differential equations in Rectangular coordinates. The lowest four natural frequency parameters are reported, with and without the rotatory inertia, as functions of three non-dimensional system parameters: the rise to chord length ratio, the span length to chord length ratio, and the slenderness ratio. Also typical mode shapes of vibrating arches are presented.
This paper attempts to investigate the free vibration of functionally graded material beams with nonuniform width based on the nonlocal elasticity theory. The theoretical formulations are established following the Euler-Bernoulli beam theory, and the governing equations of motion of the system are derived from the minimum total potential energy principle using the nonlocal elasticity theory. In addition, the Differential Quadrature Method (DQM) is applied, along with the Chebyshev-Gauss-Lobatto polynomials, in order to determine the weighting coefficient matrices. Furthermore, the effects of the nonlocal parameter, cross-section area of the functionally graded material (FGM) beam and various boundary conditions on the natural frequencies are examined. It is observed that the nonlocal parameter and boundary conditions significantly influence the natural frequencies of the functionally graded material beam cross-section. The results obtained, using the Differential Quadrature Method (DQM) under various boundary conditions, are found in good agreement with analytical and numerical results available in the literature.
Using two different, but related approaches, an exact dynamic stiffness matrix for a two-part beam-mass system is developed from the free vibration theory of a Bernoulli-Euler beam. The first approach is based on matrix transformation while the second one is a direct approach in which the kinematical conditions at the interfaces of the two-part beam-mass system are satisfied. Both procedures allow an exact free vibration analysis of structures such as a plane or a space frame, consisting of one or more two-part beam-mass systems. The two-part beam-mass system described in this paper is essentially a structural member consisting of two different beam segments between which there is a rigid mass element that may have rotatory inertia. Numerical checks to show that the two methods generate identical dynamic stiffness matrices were performed for a wide range of frequency values. Once the dynamic stiffness matrix is obtained using any of the two methods, the Wittrick-Williams algorithm is applied to compute the natural frequencies of some frameworks consisting of two-part beam-mass systems. Numerical results are discussed and the paper concludes with some remarks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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