Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.10
s.115
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pp.1074-1081
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2006
This paper deals with the dynamic stability analysis of clamped-hinged columns with constant volume. Numerical methods are developed for solving natural frequencies and buckling loads of such columns, subjected to an axial compressive load. The parabolic taper with the regular polygon cross-section is considered, whose material volume and column length are always held constant. Differential equations governing both free vibrations and buckled shapes of such columns are derived. The Runge-Kutta method is used to integrate the differential equations, and the Regula-Falsi method is used to determine natural frequencies and buckling loads, respectively. The numerical methods developed herein for computing natural frequencies and buckling loads are found to be efficient and robust. From the numerical results, dynamic stability regions, dynamic optimal shapes and configurations of strongest columns are reported in figures and tables.
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 materials. For efficient use of composite materials in engineering applications, the dynamic behavior such as natural frequencies and nodal patterns should be identified. This study presents FEM results for the free vibration of symmetrically and antisymmetrically laminated composite and hybrid composite rectangular plates. The natural frequencies of laminated composite rectangular plates having the various boundary conditions (completely clamped, 2-edge clamped, cantilevered) 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 that calculated by FEM analysis. The results obtained from both experiment and FEM analysis show a good agreement.
Accurately determining the natural frequencies and mode shapes of a structural floor is an essential step to assess the floor's human-induced vibration serviceability. In the theoretical analysis, the prestressed concrete floor can be idealized as a multi-span continuous anisotropic plate. This paper presents a new analytical approach to determine the natural frequencies and mode shapes of a multi-span continuous orthotropic plate. The suggested approach is based on the combined modal and perturbation method, which differs from other approaches as it decomposes the admissible functions defining the mode shapes by considering the intermodal coupling. The implementation of this technique is simple, requiring no tedious mathematical calculations. The perturbation solution is validated with the numerical results.
The aim of this present research is the effect of the higher-order terms of the governing equation on the forced longitudinal vibration of a nanorod model and making comparisons of the results with classical nonlocal elasticity theory. For this purpose, the free axial vibration along with forced one under the two various linear and harmonic axial concentrated forces in zigzag Single-Walled Carbon Nanotube (SWCNT) are analyzed dynamically. Three various theories containing the classical theory, which is called Eringen's nonlocal elasticity, along with Rayleigh and Bishop theories (higher-order theories) are established to justify the nonlocal behavior of constitutive relations. The governing equation and the related boundary conditions are derived from Hamilton's principle. The assumed modes method is adopted to solve the equation of motion. For the free axial vibration, the natural frequencies are calculated for the various values of the nonlocal parameter only based on Eringen's theory. The effects of the nonlocal parameter, thickness, length, and ratio of the excitation frequency to the natural frequency over time in dimensional and non-dimensional axial displacements are investigated for the first time.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.2
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pp.129-136
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2005
The vehicle loading test under the strict traffic control is generally carried out as a present practice in an evaluation process of the bearing capacity of a bridge. The quasi-static load test is recently proposed to mitigate the traffic condition of test, and analyze the disturbed acceleration time-history data of free vibration due to the ambient traffic on the bridge by Fourier transform to calculate only the natural frequencies of the bridge. The calculated frequencies have some errors due to the analysis technique as well as the influence of ambient traffic loads, and in addition to it is cumbersome to obtain the free vibration data during a quasi-static load test. In this study, the wavelet transform technique using Morlet wavelet is used to analyze the acceleration data recorded during a quasi-static load test on a bridge and calculate the natural frequencies and the modal damping ratios of the bridge. The study results show that the wavelet transform technique is a reliable and reasonable method to analyze test data and obtain the natural frequencies and the modal damping ratios of a bridge regardless of the data types i.e. free or forced vibrations.
The governing differential equations for free vibration of multi-step orthotropic shear plates with variably distributed mass, stiffness and viscous damping are established. It is shown that a shear plate can be divided into two independent shear bars to determine the natural frequencies and mode shapes of the plate. The jk-th natural frequency of a shear plate is equal to the square root of the square sum of the j-th natural frequency of a shear bar and the k-th natural frequency of another shear bar. The jk-th mode shape of the shear plate is the product of the j-th mode shape of a shear bar and the k-th mode shape of another shear bar. The general solutions of the governing equations of the orthotropic shear plates with various boundary conditions are derived by selecting suitable expressions, such as power functions and exponential functions, for the distributions of stiffness and mass along the height of the plates. A numerical example demonstrates that the present methods are easy to implement and efficient. It is also shown through the numerical example that the selected expressions are suitable for describing the distributions of stiffness and mass of typical multi-storey buildings.
Free axial vibration of axially functionally graded (AFG) nanorods is studied by focusing on the inertia of lateral motions and shear stiffness effects. To this end, Bishop's theory considering the inertia of the lateral motions and shear stiffness effects and the nonlocal theory considering the small scale effect are used. The material properties are assumed to change continuously through the length of the AFG nanorod according to a power-law distribution. Then, nonlocal governing equation of motion and boundary conditions are derived by implementing the Hamilton's principle. The governing equation is solved using the harmonic differential quadrature method (HDQM), After that, the first five axial natural frequencies of the AFG nanorod with clamped-clamped end condition are obtained. In the next step, effects of various parameters like the length of the AFG nanorod, the diameter of the AFG nanorod, material properties, and the nonlocal parameter value on natural frequencies are investigated. Results of the present study can be useful in more accurate design of nano-electro-mechanical systems in which nanotubes are used.
This paper deals with a hydroelastic vibration analysis of two rectangular plates partially coupled with a liquid, which is bounded by two plates and two rigid side walls. The wet displacement of each plate is assumed to be a combination of the modal functions of a dry uniform beam with a clamped boundary condition. As the liquid is assumed to be an ideal liquid, the displacement potential satisfying the Laplace equation is determined so that the liquid boundary conditions can meet the requirements at the rigid surfaces and the free liquid surface. The wet dynamic modal functions of each plate are expanded by using the finite Fourier transform to obtain an appropriate form of the compatibility requirement along the contacting surfaces between the plates and the liquid. The liquid-coupled natural frequencies of the plates are derived by using the Rayleigh-Ritz method. Finite element analyses using commercial software are carried out to verify the proposed theory. It is observed that the theoretical method agrees excellently with the three-dimensional finite element analyses results. The effects of the liquid depth and the liquid thickness on the normalized natural frequencies are investigated to identify the dynamic characteristics of the liquid coupled system.
In this paper, static and vibration analysis for anti-symmetric cross-ply and angle- ply carbon/glass hybrid laminates rectangular composite plate are presented. In this analysis, the equations of motion for simply supported thick laminated hybrid rectangular plates are derived and obtained through the use of Hamilton's principle. The closed-form solutions of anti-symmetric cross-ply and angle- ply laminates are obtained using Navier solution. The effects of side-to-thickness ratio, aspect ratio, and lamination schemes on the fundamental frequencies loads are investigated. The study concludes that shear deformation laminate theories accurately predict the behavior of composite laminates, whereas the classical laminate theory over predicts natural frequencies. The excellent accuracy of the present analytical solution is confirmed by making some comparisons of the present results with those available in the literature. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the free vibration behaviors of anti-symmetric cross-ply and angle- ply hybrid laminated composite plates.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.267-272
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2004
Vertical pump are widely used owing to the fact that they occupy small floor space. In this type of pumps, however, the vibrational problems are very important, since, in many cases, they have less stiffness in comparison with later pumps. This study presents a simple solution method for calculating the natural frequencies and modes of vertical pumps. In this study, a model of a vertical pump was developed and the nondimensional parameters for the vibrational characteristics of it were determined. Added mass was calculated for the effects of water and the transfer matrix method was used.
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