The free vibration of functionally graded material (FGM) beams on an elastic foundation and spring supports is investigated. Young's modulus, mass density and width of the beam are assumed to vary in thickness and axial directions respectively following the exponential law. The spring supports are also taken into account at both ends of the beam. An analytical formulation is suggested to obtain eigen solutions of the FGM beams. Numerical analyses, based on finite element method by using a beam finite element developed in this study, are performed in order to show the legitimacy of the analytical solutions. Some results for the natural frequencies of the FGM beams are given considering the effect of various structural parameters. It is also shown that the spring supports show the greatest effect on the natural frequencies of FGM beams.
A new perturbation method is introduced to study the undamped free vibration of a non-prismatic Timoshenko beam for its natural frequencies and vibration modes. For simplicity, the natural modes of vibration of its corresponding prismatic Euler-Bernoulli beam with the same length and boundary conditions are used as Ritz base functions with necessary modifications to account for shear strain in the Timoshenko beam. The new method can transform two coupled partial differential equations governing the transverse vibration of the non-prismatic Timoshenko beam into a set of nonlinear algebraic equations. It significantly simplifies the solution process and is applicable to non-prismatic beams with various boundary conditions. Three examples indicated that the new method is more accurate than the previous perturbation methods. It successfully takes into account the effect of shear deformation of Timoshenko beams particularly at the free end of cantilever structures.
In the current investigation, large amplitude free vibration behavior of shallow curved pipes (tubes) made of functionally graded materials is investigated. Properties of the tube are distributed across the radius of the tube and are obtained by means of a power law function. It is also assumed that all thermo-mechanical properties are temperature dependent. The governing equations of the tube are obtained using a higher order shear deformation tube theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the tube. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large displacements and small strains. Uniform temperature elevation of the tube is also included into the formulation. For the case of tubes which are simply supported in flexure and axially immovable, the governing equations are solved using the two-step perturbation technique. Closed form expressions are provided to obtain the small and large amplitude fundamental natural frequencies of the FGM shallow curved tubes in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of thermal environment, radius ratio, and length to thickness ratio of the tube on the fundamental linear and non-linear frequencies.
In this research paper, the free vibrational response of laminated composite plates is investigated using a non-polynomial refined shear deformation theory (NP-RSDT). The most interesting feature of this theory is the parabolic distribution of transverse shear deformations while ensuring the conditions of nullity of shear stresses at the free surfaces of the plate without requiring the Shear correction factor "Ks". A fourth-nodded isoparametric element with four degrees of freedom per node is employed for laminated composite plates. The numerical analysis of simply supported square anti-symmetric cross-ply and angle-ply laminated plate is carried out using a special discretization based on four-node finite element method which four degrees of freedom per node. Several numerical results are presented to show the effect of the coupling parameters of the plate such as the modulus ratios, the thickness ratio and the plate layers number on adimensional eigen frequencies. All numerical results presented using the current finite element method (FEM) is presented in 3D curve form.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.10a
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pp.173-176
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1997
A refined plate theory including the effects of transverse shearing is used to predict the free vibration frequencies, mode shapes and stress distributions in spinning laminated composite plates. In this theory, the displacements are expressed by trigonometric series representation through the thickness. In the series for the displacements only the first few terms are retained. The model is validated by comparing the results for isotropic plates with those available in the literature.
It is well known that the rotating motion of a blade-like structure induces centrifugal inertia force that causes the variation of the natural frequencies of the structure. Even though most of blade-like structures can be successfully Idealized as beams, some behave like plates rather than beams. This paper presents a modeling method for the flapwise bending vibration analysis of rotating cantilever plates. The dependence of natural frequencies and free vibration modes on the angular speed as well as the aspect ratio of a rotating plate is investigated. Particularly. the natural frequency loci crossing is observed and discussed In the present study.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.852-857
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2003
This paper has the object of investigating natural frequencies of thick plates on inhomogeneous Pasternak foundation by means of finite element method and providing kinematic design data lot mat of building structures. This analysis was applied for design of substructure on elastic foundation. Mat of building structure may be consisdered as a thick plate on elastic foundation. Recently, as size of building structure becomes larger, mat area of building structure also tend to become target and building structure is supported on inhomogeneous foundation. In this paper, vibration analysis or rectangular thick plate is done by use or serendipity finite element with 8 nodes by considering shearing strain of plate. The solutions of this paper are compared with existing solutions and finite element solutions with 4${\times}$4 meshes of this analysis are shown the error of maximum 0.083% about the existing solutions. It is shown that natrural frequencies depend on not only Winkler foundation parameter but also shear foundation parameter.
Based on link-model, we conducted a static analysis and computation of a three-span suspended cable structure in the present paper, and obtained the static configuration and tension distribution of the cable. Using the link and beam model based on finite element method, we analyzed the vibration modal of three-span suspended cable structure, and compared with the results obtained from ANSYS using link and beam element. The vibration modals of shallow sagging inclined cables calculated from proposed method agrees well with ANSYS results, which validates the proposed method. As a result, the influence of bend stiffness on in-plane natural frequencies is much greater than that on out-of-plane natural frequencies of inclined cables.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.4
s.14
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pp.113-128
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2004
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of solid paraboloidal and complete (that is, without a top opening) paraboloidal shells of revolution with variable wall thickness. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. The ends of the shell may be free or may be subjected to any degree of constraint. Displacement components $u_r,\;u_{\theta},\;and\;u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in ${\theta}$, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the paraboloidal shells of revolution are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the complete, shallow and deep paraboloidal shells of revolution with variable thickness. Numerical results are presented for a variety of paraboloidal shells having uniform or variable thickness, and being either shallow or deep. Frequencies for five solid paraboloids of different depth are also given. Comparisons are made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and a 2-D thin shell theory.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.832-835
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2005
The free vibration of tapered piles embedded in soil is investigated. The pile model is based on the Bernoulli-Euler beam theory and the soil is idealized as a Winkler model for mathematical simplicity. The governing differential equations for the free vibrations of such members are solved numerically. The square tapered piles with one free and the other hinged end with rotational spring are applied in numerical examples. The lowest two natural frequencies are obtained over a range of non-dimensional system parameters: the rotational spring parameter, the embedded ratio, the foundation parameter, the width ratio of the contact area and the section ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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