An analytical method is presented for predicting the effect of a local deviation in the form of a concentrated mass along a radial line on the free bending vibration characteristics of a nearly axisymmetric circular plate. The approach is based on the Rayleigh-Ritz method and the expression of local deviation of the concentrated radial mass as the variation of heaviside unit step function. The effects of the concentrated mass on the natural frequencies and mode shapes of the plate are predicted with a proposed nondimensional mass parameter.
Numerical methods are developed for calculating the natural frequencies and mode shapes of the tapered cantilever arches with variable curvature. The differential equations governing the free vibrations of such arches are derived and solved numerically, in which the effect of rotatory inertia is included. The parabolic shape is chosen as the arch with variable curvature while both the prime and quadratic arched members are considered as the tapered arch with variable curvature while both the prime and quadratic arched members are considered as the tapered arch. Comparisons the natural jfrequencies between this study and finite element method SAP 90 seve to validate the numerical method developed herein. The lowest four natural frequencies are reported as a function of four non-dimensional system parameters. The effects of both the rotatory inertia and cross-sectional shape are reported. Also, the typical mode shapes of stress resultants as well as the displacements are reported.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.4
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pp.1-8
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1989
The main purpose of the present paper is to present both the fundamental frequency and some higher free vibration frequencies for circular arches with variable section, in which rotatory inertia is included. The differential equations are derived for the in-plan free vibration of elastic circular arches with variable section. These equations were solved numerically for the linear variable circular cross-section with clamped-clamped end constraint. As the numerical results, the four lowest nondimensional natural frequencies presented as functions of the nondimensional system parameters : the end moment of inertia to crown moment of inertia ratio, the slenderness ratio, and the opening angle. The effect of rotatory inertia on the nondimensional natural frequency is also reported.
Mahmoudi, Abdelkader;Benyoucef, Samir;Tounsi, Abdelouahed;Benachour, Abdelkader;Bedia, El Abbas Adda
Earthquakes and Structures
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v.14
no.2
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pp.117-128
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2018
In this research work, free vibrations of simply supported functionally graded plate resting on a Winkler-Pasternak elastic foundation are investigated by a new shear deformation theory. The influence of alternative micromechanical models on the macroscopic behavior of a functionally graded plate based on shear-deformation plate theories is examined. Several micromechanical models are tested to obtain the effective material properties of a two-phase particle composite as a function of the volume fraction of particles which continuously varies through the thickness of a functionally graded plate. Present theory exactly satisfies stress boundary conditions on the top and the bottom of the plate. The energy functional of the system is obtained using Hamilton's principle. The closed form solutions are obtained by using Navier technique, and then fundamental frequencies are found by solving the results of eigenvalue problems. Finally, the numerical results are provided to reveal the effect of explicit micromechanical models on natural fundamental frequencies.
Djedid, I. Klouche;Draiche, Kada;Guenaneche, B.;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, E.A. Adda
Wind and Structures
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v.29
no.6
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pp.371-387
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2019
In the present paper, a simple refined nth-higher-order shear deformation theory is applied for the free vibration analysis of laminated composite plates. The proposed displacement field is based on a novel kinematic in which include the undetermined integral terms and contains only four unknowns, as against five or more in case of other higher-order theories. The present theory accounts for adequate distribution of the transverse shear strains through the plate thickness and satisfies the shear stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate, therefore, it does not require problem dependent shear correction factor. The governing equations of motion are derived from Hamilton's principle and solved via Navier-type to obtain closed form solutions. The numerical results of non-dimensional natural frequencies obtained by using the present theory are presented and compared with those of other theories available in the literature to verify the validity of present solutions. It can be concluded that the present refined theory is accurate and efficient in predicting the natural frequencies of isotropic, orthotropic and laminated composite plates.
Torabi, Ali Reza;Shams, Shahrokh;Fatehi-Narab, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.39
no.5
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pp.543-564
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2021
In this study free vibration analysis of a cracked Goland composite wing is investigated. The wing is modelled as a cantilevered beam based on Euler- Bernoulli equations. Also, composite material is modelled based on lamina fiber-reinforced. Edge crack is modelled by additional boundary conditions and local flexibility matrix in crack location, Castigliano's theorem and energy release rate formulation. Governing differential equations are extracted by Hamilton's principle. Using the separation of variables method, general solution in the normalized form for bending and torsion deflection is achieved then expressions for the cross-sectional rotation, the bending moment, the shear force and the torsional moment for the cantilevered beam are obtained. The cracked beam is modelled by separation of beam into two interconnected intact beams. Free vibration analysis of the beam is performed by applying boundary conditions at the fixed end, the free end, continuity conditions in the crack location of the beam and dynamic stiffness matrix determinant. Also, the effects of various parameters such as length and location of crack and fiber angle on natural frequencies and mode shapes are studied. Modal analysis results illustrate that natural frequencies and mode shapes are affected by depth and location of edge crack and coupling parameter.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.404-409
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2004
To maximize the productivity in machining molds and dies, machine tools should operate at high speeds. During the high speed operation of moving frames or spindles, vibration problems are apt to occur if the machine tool structures are made of conventional steel materials with inferior damping characteristics. However, self-excited vibration or chatter is bound to occur during high speed machining when cutting speed exceeds the stability limit of machine tool. Chatter is undesirable because of its adverse effect on surface finish, machining accuracy, and tool life. Furthermore, chatter is a major cause of reducing production rate because, if no remedy can be found, metal removal rates have to be lowered until vibration-free performances is obtained. Also, the resonant vibration of machine tools frequently occurs when operating frequency approaches one of their natural frequencies because machine tools have several natural frequencies due to their many continuous structural elements. However, these vibration problems are closely related to damping characteristics of machine tool structures. The polymer concrete has high potential for machine tool bed due to its good damping characteristics with moderate stiffness. This paper presents the use of polymer concrete and sandwich structures to overcome vibration problems. Also, co-cure bonding method for functional part mounting was exhibited experimentally, by which manufacturing time and cost for polymer concrete bed will be remarkably reduced.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.113-116
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2003
To maximize the productivity in machining molds and dies, machine tools should operate at high speeds. During the high speed operation of moving frames or spindles, vibration problems are apt to occur if the machine tool structures are made of conventional steel materials with inferior damping characteristics. However, self-excited vibration or chatter is bound to occur during high speed machining when cutting speed exceeds the stability limit of machine tool. Chatter is undesirable because of its adverse effect on surface finish, machining accuracy, and tool lift. Furthermore, chatter is a major cause of reducing production rate because, if no remedy can be found, metal removal rates have to be lowered until vibration-free performances is obtained. Also, the resonant vibration of machine tools frequently occurs when operating frequency approaches one of their natural frequencies because machine tools have several natural frequencies due to their many continuous structural elements. However, these vibration problems are closely related to damping characteristics of machine tool structures. This paper presents the use of polymer concrete and sandwich structures to overcome vibration problems. The polymer concrete has high potential for machine tool bed due to its good damping characteristics with moderate stiffness. In this study, a polymer concrete bed combined with welded steel structure i.e., a hybrid structure was designed and manufactured for a high-speed gantry-type milling. Also. its dynamic characteristics were measured by modal tests.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.04a
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pp.349-354
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1996
The analytical solutions for the free vibration and buckling of cross-ply laminated composite cylindrical shell with axial stiffeners(stringers) and circumferential stiffeners(rings), that is, orthogonally stiffened shells, are presented using the energy method. The stiffeners are assumed to be an integral part of the shell and have been directly included in analysis(it's called discrete stiffener theory). The effect of the parameters such as the stacking sequences, the shell thickness, the shell length-to-radius ratio are studied. By comparison with the previously published analytical results for the stiffened cylindrical shells, it is shown that natural frequencies can be determined with adequate accuracy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.1054-1059
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2002
A linearly tapered beam immersed partially in other material is considered and is modelled as a linearly tapered Bernoulli-Euler beam fixed at the bottom with a concentrated mass at the top. Its governing equations is derived and its free vibration analysis is performed for various boundary conditions. And the rotatory inertia of the eccentric lumped tip mass is considered. The problem of determining the natural frequencies leads to an eighth order determinant. The solutions of the frequency equations are obtained numerically. The non-dimensional frequency parameters are given in tabular form and the influence of non-dimensional parameters on natural frequency is discussed for various conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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