This paper presents the vibration characteristics of an intelligent cantilever beam in contact with a fluid using a PZT actuator and PVDF film. The dynamic behaviors of a flexible beam-water interaction system are examined. The effect of the liquid level on free vibration of the composite beam in a partially liquid-filled circular cylinder is investigated. The coupled system is subject to an undisturbed boundary condition in the fluid domain. It was found that the coupled natural frequencies decreased with the fluid level for the identical composite beam due to added mass effect. In case of the free-free boundary condition, the natural frequency gently decreased at fluid water level betw...
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2006년도 정기 학술대회 논문집
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pp.697-702
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2006
This paper deals with the free vibrations of immersed columns with soft base. The support condition of the column is represented by using a translational spring and a rotational spring. The eccentricity and rotatory inertia of the concentrated mass at the top are taken into account. In the governing equation for the free vibration of column, the density of immersed part was modified to account for the added fluid mass. The governing differential equations are solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are presented to show the effects on the natural frequencies of non-dimensional system parameters: the mass density ratio of fluid to column, the ratio of fluid depth to span length, the ratio of tip mass to total column mass, the dimensionless mass moment of inertia, the eccentricity, the translation spring parameter, and the rotational spring parameter.
In this paper, free vibration finite element analysis of axially moving laminated composite beams subjected to axial tension is studied. It is assumed that the beam has a constant axial velocity and is subject to uniform axial tension. The analysis is based on higher-order theories that have been presented by Carrera Unified Formulation (CUF). In the CUF technique, the three dimensional (3D) displacement fields are expressed as the approximation of the arbitrary order of the displacement unknowns over the cross-section. This higher-order expansion is considered in equivalent single layer (ESL) model. The governing equations of motion are obtained via Hamilton's principle. Finally, several numerical examples are presented and the effect of the ply-angle, travelling speed and axial tension on the natural frequencies and beam stability are demonstrated.
The present paper deals with the free vibration analysis of the functionally graded solid and annular circular plates with two functionally graded piezoelectric layers at top and bottom subjected to an electric field. Classical plate theory (CPT) is used for description of the all deformation components based on a symmetric distribution. All the mechanical and electrical properties except Poisson's ratio can vary continuously along the thickness direction of the plate. The properties of plate core can vary from metal at bottom to ceramic at top. The effect of non homogeneous index of functionally graded and functionally graded piezoelectric sections can be considered on the results of the system. $1^{st}$ and $2^{nd}$ modes of natural frequencies of the system have been evaluated for both solid and annular circular plates, individually.
A free vibration analysis is made of a moderately-thick toroidal shell based on a shear deformation (Timoshenko-Mindlin) shell theory. This work represents an extension of earlier work by the authors which was based on a thin (Kirchoff-Love) shell theory. The analysis uses a modal approach in the circumferential direction, and numerical results are found using the differential quadrature method (DQM). The analysis is first developed for a shell of revolution of arbitrary meridian, and then specialized to a complete circular toroidal shell. A second analysis, based on the three-dimensional theory of elasticity, is presented to cover thick shells. The shear deformation theory is validated by comparing calculated results with previously published results for fifteen cases, found using thin shell theory, moderately-thick shell theory, and the theory of elasticity. Consistent agreement is observed in the comparison of different results. New frequency results are then given for moderately-thick and thick toroidal shells, considered to be completely free. The results indicate the usefulness of the shear deformation theory in determining natural frequencies for toroidal shells.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제6권2호
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pp.1-10
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2019
In this paper, the probabilistic free vibration analysis of a geometrically coupled cantilever wing with uncertain material properties is carried out using stochastic finite element (SFEM) based on first order perturbation technique. Here, both stiffness and damping of the system are considered as random parameters. The bending and torsional rigidities are assumed as spatially varying second order Gaussian random fields and represented by Karhunen Loeve (K-L) expansion. Here, the expected value, standard deviation, and probability distribution of random natural frequencies and damping ratios are computed. The results obtained from the present approach are also compared with Monte Carlo simulations (MCS). The results show that the uncertain bending rigidity has more influence on the damping ratio and frequency of modes 1 and 3 while uncertain torsional rigidity has more influence on the damping ratio and frequency of modes 2 and 3.
The free vibration of rotating Euler-Bernoulli beams with the thickness and/or width of the cross-section vary linearly along the length is investigated by using the Adomian modified decomposition method (AMDM). Based on the AMDM, the governing differential equation for the rotating tapered beam becomes a recursive algebraic equation. By using the boundary condition equations, the dimensionless natural frequencies and the closed form series solution of the corresponding mode shapes can be easily obtained simultaneously. The computed results for different taper ratios as well as different offset length and rotational speeds are presented in several tables and figures. The accuracy is assured from the convergence and comparison with the previous published results. It is shown that the AMDM provides an accurate and straightforward method of free vibration analysis of rotating tapered beams.
In this paper, free vibration and static response of magneto-electro-elastic (MEE) beams has been investigated. To this end, a 3D finite element formulation has been derived by minimization the total potential energy and linear constitutive equation. The coupling between elastic, electric and magnetic fields can have a significant influence on the stiffness and in turn on the static behaviour of MEE beam. Further, different Barium Titanate ($BaTiO_3$) and Cobalt Ferric oxide ($CoFe_2O_4$) volume fractions results in indifferent coupled response. Therefore, through the numerical examples the influence of volume fractions and boundary conditions on the natural frequencies of MEE beam is illustrated. The study is extended to evaluate the static response of MEE beam under various forms of mechanical loading. It is seen from the numerical evaluation that the volume fractions, loading and boundary conditions have a significant effect on the structural behaviour of MEE structures. The observations made here may serve as benchmark solutions in the optimum design of MEE structures.
Free vibration analysis of super-elliptical composite thin plates was investigated. Plate is formed by symmetrical quasi-isotropic laminates. Rayleigh-Ritz method was used for parametric analysis based on the governing differential equations of Classical Laminated Plate Theory (CLPT). Simply supported and clamped boundary conditions at the periphery of plates were considered. Parametric study was performed for the effect of different lamination type, aspect ratio, thickness and super-elliptical power on natural frequencies. Convergence study and validation of isotropic case were achieved. A number of design parameters like different dimensions, structure systems, panel sizes, panel thicknesses, lamination sequences, boundary conditions and loading conditions must be considered in the production of composite ships. The number of possible combinations practically may be so high that a parametric study should be carried out in order to determine the optimum design parameters rapidly during the preliminary design stage. The use of Rayleigh-Ritz method could make this parametric study possible. Thereby it might be decreasing the consumption of time, material and labor. Certain results for some different super-elliptical powers presented in tabulated form in Appendix for designers as well.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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제34권6호
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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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