Karami, Behrouz;Shahsavari, Davood;Janghorban, Maziar;Li, Li
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.2
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pp.191-207
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2020
This study aims at investigating the size-dependent free vibration of porous nanoplates when exposed to hygrothermal environment and rested on Kerr foundation. Based on the modified power-law model, material properties of porous functionally graded (FG) nanoplates are supposed to change continuously along the thickness direction. The generalized nonlocal strain gradient elasticity theory incorporating three scale factors (i.e. lower- and higher-order nonlocal parameters, strain gradient length scale parameter), is employed to expand the assumption of second shear deformation theory (SSDT) for considering the small size effect on plates. The governing equations are obtained based on Hamilton's principle and then the equations are solved using an analytical method. The elastic Kerr foundation, as a highly effected foundation type, is adopted to capture the foundation effects. Three different patterns of porosity (namely, even, uneven and logarithmic-uneven porosities) are also considered to fill some gaps of porosity impact. A comparative study is given by using various structural models to show the effect of material composition, porosity distribution, temperature and moisture differences, size dependency and elastic Kerr foundation on the size-dependent free vibration of porous nanoplates. Results show a significant change in higher-order frequencies due to small scale parameters, which could be due to the size effect mechanisms. Furthermore, Porosities inside of the material properties often present a stiffness softening effect on the vibration frequency of FG nanoplates.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.4
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pp.45-54
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1991
The closed forms of mass matrix with rotational inertia matrix are developed for free vibration analysis in space structures containing linearing tapered members with cross section of thin-walled tube. The exact displacement functions are used for formulating mass matrix. The very small slopes of the tapered member are used in usual practice, such that the series expansion forms of these are also developed to avoid numerical failure in vibration analysis. Significant improvements of accuracy and efficiency of free vibration analysis are achieved by using the mass matrices developed in this study. Frequencies of free vibration of tapered members are compared with solutions based upon stepped representation of beam element.
Numerical methods for calculating both the natural frequencies and buckling loads of columns with the multiple elastic springs are developed. In order to derive the governing equations of such columns, each elastic spring is modeled as a discrete elastic foundation with the finite longitudinal length. By using this model, the differential equations governing both the free vibrations and buckled shapes, respectively, of such columns are derided. These differential equations are solved numerically. The Runge- Kutta method is used to integrate the differential equations, and the determinant search method combined with Regula-Falsi method is used to determine the eingenvalues. namely natural frequencies and buckling loads. In the numerical examples, the clamped-clamped. clamped-hinged, hinged-clamped and hinged-hinged end constraints are considered. Extensive numerical results including the frequency parameters, mode shapes of free vibrations and buckling load parameters are presented in the non-dimensional forms.
Garg, A.;Mukhopadhyay, T.;Chalak, H.D.;Belarbi, M.O.;Li, L.;Sahoo, R.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.5
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pp.707-720
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2022
In the present work, bending and free vibration analyses of multilayered functionally graded (FG) graphene platelet (GPL) and fiber-reinforced hybrid composite beams are carried out using the parabolic function based shear deformation theory. Parabolic variation of transverse shear stress across the thickness of beam and transverse shear stress-free conditions at top and bottom surfaces of the beam are considered, and the proposed formulation incorporates a transverse displacement field. The present theory works only with four unknowns and is computationally efficient. Hamilton's principle has been employed for deriving the governing equations. Analytical solutions are obtained for both the bending and free vibration problems in the present work considering different variations of GPLs and fibers distribution, namely, FG-X, FG-U, FG-Λ, and FG-O for beams having simply-supported boundary condition. First, the matrix is assumed to be strengthened using GPLs, and then the fibers are embedded. Multiscale modeling for material properties of functionally graded graphene platelet/fiber hybrid composites (FG-GPL/FHRC) is performed using Halpin-Tsai micromechanical model. The study reveals that the distributions of GPLs and fibers have significant impacts on the stresses, deflections, and natural frequencies of the beam. The number of layers and shape factors widely affect the behavior of FG-GPL-FHRC beams. The multilayered FG-GPL-FHRC beams turn out to be a good approximation to the FG beams without exhibiting the stress-channeling effects.
In this paper free linear vibration of lattice composite conical shells will be investigated. Lattice composite conical shell consists of composite helical ribs and thin outer skin. A smeared method is employed to obtain the variable coefficients of stiffness of conical shell. The ribs are modeled as a beam and in addition to the axial loads, endure shear loads and bending moments. Therefore, theoretical formulations are based on first-order shear deformation theory of shell. For verification of the obtained results, comparison is made with those available in open literature. Also, using FEM software the 3D finite element model of composite lattice conical shell is built and analyzed. Comparing results of analytical and numerical analyses show a good agreement between them. Some special cases as variation of geometric parameters of lattice part, effect of the boundary conditions and influence of the circumferential wave numbers on the natural frequencies of the conical shell are studied. It is concluded, when mass and the geometrical ratio of the composite lattice conical shell do not change, increment the semi vertex angle of cone leads to increase the natural frequencies. Moreover for shell thicknesses greater than a specific value, the presence of the lattice structure has not significant effect on the natural frequencies. The obtained results have novelty and can be used for further and future researches.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.389-392
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2008
This paper predicts the changes of natural frequencies due to the changes of mass at different point mass stations by using iterative calculation Transfer Matrices Method for different boundary conditions of a single beam structure (fixed-free and fixed-fixed beam). Firstly, the first three natural frequencies of an original beam are obtained using Transfer Matrices Method to verify the accuracy of the obtained results. The results are then compared with the exact solutions before purposely changing the parameter of mass. Both beams are modeled as discrete continuous systems with six-lumped-mass system. A single beam is broken down into a point mass and a massless beam which represent a single station and expressed in matrix form. The assembled matrices are used to determine the value of natural frequencies using numerical interpolation method corresponding to their mode number by manipulating some elements in the assembled matrix.
An accurate method is presented for vibrations of rhombic plates having three different combinations of clamped, simply supported, and free edge conditions. A specific feature here is that the analysis explicitly considers the moment singularities that occur in the two opposite corners having obtuse angles of the rhombic plates. Stationary conditions of single-field Lagrangian functional are derived using the Ritz method. Convergence studies of frequencies show that the corner functions accelerate the convergence rate of solutions. In this paper, accurate frequencies and normalized contours of the vibratory transverse displacement are presented for highly skewed rhombic plates, so that a significant effect of corner stress singularities nay be understood.
In this article, a novel structural modal parameters identification methodology is developed to determine the natural frequencies and damping ratios of civil structures based on the symplectic geometry mode decomposition (SGMD) approach. The SGMD approach is a new decomposition algorithm that can decompose the complex response signals with better decomposition performance and robustness. The novel method firstly decomposes the measured structural vibration response signals into individual mode components using the SGMD approach. The natural excitation technique (NExT) method is then used to obtain the free vibration response of each individual mode component. Finally, modal natural frequencies and damping ratios are identified using the direct interpolating (DI) method and a curve fitting function. The effectiveness of the proposed method is demonstrated based on numerical simulation and field measurement. The structural modal parameters are identified utilizing the simulated non-stationary responses of a frame structure and the field measured non-stationary responses of a supertall building during a typhoon. The results demonstrate that the developed method can identify the natural frequencies and damping ratios of civil structures efficiently and accurately.
Muzamal Hussain;Mohamed R. Ali;Abdelhakim Benslimane;Humaira Sharif;Mohamed A. Khadimallah;Muhammad Nawaz Naeem;Imene Harbaoui;Sofiene Helaili;Aqib Majeed;Abdelouahed Tounsi
Computers and Concrete
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v.32
no.4
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pp.393-398
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2023
This paper provides the free vibrations of chiral carbon nanotubes. The governing equations of Flügge theory is considered for vibration frequencies of chiral single walled carbon nanotubes. The solution of frequency equation is obtained from a novel model for better representation of stubby and short vibration characteristics of chiral tubes with clamped-clamped and clamped-simply supported end conditions. For the harmonic response of this tube, the model displacement function is adopted. The variational approach Rayleigh-Ritz method with kinetic and strain energies are used. The Lagragian function is differentiated with respect to unknown functions. The frequency equation is written in compact form to solve with MATLAB software. The frequencies of chiral SWCNTs for first ten aspect ratios as small level are investigated. The results shown as for decreasing the aspect rations, the frequencies are increases. The presented results of this model are verified with experimental and numerical results, which found as an excellent agreement.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.3A
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pp.181-187
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2011
This paper deals with free vibrations of the Timoshenko beam supported by two elastomeric bearings at two far ends. The ordinary differential equation governing free vibrations of such beam is derived, in which both effects of rotatory inertia and shear deformation are included as the Timoshenko beam theory. Also, boundary conditions of the free end are derived based on the Timoshenko beam theory. The ordinary differential equation is solved by the numerical methods for calculating natural frequencies and mode shapes. Both effects of the rotatory inertia and shear deformation on natural frequencies are extensively discussed. Also, relationships between natural frequencies and slenderness ratio, foundation modulus and bearing length are presented. Typical mode shapes of bending moment and shear force as well as deflection are given in figures which show the positions of maximum amplitudes and nodal points.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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