Anandrao, K. Sanjay;Gupta, R.K.;Ramchandran, P.;Rao, G. Venkateswara
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.3
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pp.339-361
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2012
Large amplitude free vibration and thermal post-buckling of shear flexible Functionally Graded Material (FGM) beams is studied using finite element formulation based on first order Timoshenko beam theory. Classical boundary conditions are considered. The ends are assumed to be axially immovable. The von-Karman type strain-displacement relations are used to account for geometric non-linearity. For all the boundary conditions considered, hardening type of non-linearity is observed. For large amplitude vibration of FGM beams, a comprehensive study has been carried out with various lengths to height ratios, maximum lateral amplitude to radius of gyration ratios, volume fraction exponents and boundary conditions. It is observed that, for FGM beams, the non-linear frequencies are dependent on the sign of the vibration amplitudes. For thermal post-buckling of FGM beams, the effect of shear flexibility on the structural response is discussed in detail for different volume fraction exponents, length to height ratios and boundary conditions. The effect of shear flexibility is observed to be predominant for clamped beam as compared to simply supported beam.
Free vibration analysis was performed for a spinning disk/spindle system mounted on a flexible baseplate. A simplified model was presented considering the effects of the baseplate flexibility on a disk/spindle system, and the equations of motion were derived by the assumed mode method and Lagrange's equation. From the results of the tree vibration analysis, the variations of the natural frequencies were investigated by changing rotating speed, baseplate thickness. They were attributed to the coupling between the flexible modes of the spinning disk/spindle system and the baseplate. This simplified model was used to predict the dynamic characteristics of a small size disk drive. The validity of the simplified model was verified by experiments and FE analysis.
In the present work, free vibration of beams made of imperfect functionally graded materials (FGMs) including porosities is investigated. Because of faults during process of manufacture, micro voids or porosities may arise in the FGMs, and this situation causes imperfection in the structure. Therefore, material properties of the beams are assumed to vary continuously through the thickness direction according to the volume fraction of constituents described with the modified rule of mixture including porosity volume fraction which covers two types of porosity distribution over the cross section, i.e., even and uneven distributions. The governing equations of power law FGM (P-FGM) and sigmoid law FGM (S-FGM) beams are derived within the frame works of classical beam theory (CBT) and first order shear deformation beam theory (FSDBT). The resulting equations are solved using separation of variables technique and assuming FG beams are simply supported at both ends. To validate the results numerous comparisons are carried out with available results of open literature. The effects of types of volume fraction function, beam theory and porosity volume fraction, as well as the variations of volume fraction index, span to depth ratio and porosity volume fraction, on the first three non-dimensional frequencies are examined in detail.
Dash, Sushmita;Mehar, Kulmani;Sharma, Nitin;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.6
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pp.721-733
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2018
The modal frequency responses of functionally graded (FG) sandwich doubly curved shell panels are investigated using a higher-order finite element formulation. The system of equations of the panel structure derived using Hamilton's principle for the evaluation of natural frequencies. The present shell panel model is discretised using the isoparametric Lagrangian element (nine nodes and nine degrees of freedom per node). An in-house MATLAB code is prepared using higher-order kinematics in association with the finite element scheme for the calculation of modal values. The stability of the opted numerical vibration frequency solutions for the various shell geometries i.e., single and doubly curved FG sandwich structure are proven via the convergence test. Further, close conformance of the finite element frequency solutions for the FG sandwich structures is found when compared with the published theoretical predictions (numerical, analytical and 3D elasticity solutions). Subsequently, appropriate numerical examples are solved pertaining to various design factors (curvature ratio, core-face thickness ratio, aspect ratio, support conditions, power-law index and sandwich symmetry type) those have the significant influence on the free vibration modal data of the FG sandwich curved structure.
This article presents a unified mathematical model to investigate free and forced vibration responses of perforated thin and thick beams. Analytical models of the equivalent geometrical and material characteristics for regularly squared perforated beam are developed. Because of the shear deformation regime increasing in perforated structures, the investigation of dynamical behaviors of these structures becomes more complicated and effects of rotary inertia and shear deformation should be considered. So, both Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are proposed for thin and short (thick) beams, respectively. Mathematical closed forms for the eigenvalues and the corresponding eigenvectors as well as the forced vibration time response are derived. The validity of the developed analytical procedure is verified by comparing the obtained results with both analytical and numerical analyses and good agreement is detected. Numerical studies are presented to illustrate effects of beam slenderness ratio, filling ratio, as well as the number of holes on the dynamic behavior of perforated beams. The obtained results and concluding remarks are helpful in mechanical design and industrial applications of large devices and small systems (MEMS) based on perforated structure.
The free and forced nonlinear dynamic behaviors of Porous Functionally Graded Material (PFGM) plates are examined by means of a High-Order Implicit Algorithm (HOIA). The formulation is developed using the Third-order Shear Deformation Theory (TSDT). Unlike previous works, the formulation is written without resorting to any homogenization technique neither rule of mixture nor considering FGM as a laminated composite, and the distribution of the porosity is assumed to be gradually variable through the thickness of the PFGM plates. Using the Hamilton principle, we establish the governing equations of motion. The Finite Element Method (FEM) is used to compute approximations of the resulting equations; FEM is adopted using a four-node quadrilateral finite element with seven Degrees Of Freedom (DOF) per node. Nonlinear equations are solved by a HOIA. The accuracy and the performance of the proposed approach are verified by presenting comparisons with literature results for vibration natural frequencies and dynamic response of PFGM plates under external loading. The influences of porosity volume fraction, porosity distribution, slenderness ratio and other parameters on the vibrations of PFGM plate are explored. The results demonstrate the significant impact of different physical and geometrical parameters on the vibration behavior of the PFGM plate.
In this paper, the modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theory (FSDT) are employed to investigate the free vibration and bending analyses of a three-layered micro-shell sandwiched by piezoelectric layers subjected to an applied voltage and reinforced graphene nanoplatelets (GPLs) under external and internal pressure. The micro-shell is resting on an elastic foundation modeled as Pasternak model. The mixture's rule and Halpin-Tsai model are utilized to compute the effective mechanical properties. By applying Hamilton's principle, the motion equations and associated boundary conditions are derived. Static/ dynamic results are obtained using Navier's method. The results are validated with the previously published works. The numerical results are presented to study and discuss the influences of various parameters on the natural frequencies and deflection of the micro-shell, such as applied voltage, thickness of the piezoelectric layer to radius, length to radius ratio, volume fraction and various distribution pattern of the GPLs, thickness-to-length scale parameter, and foundation coefficients for the both external and internal pressure. The main novelty of this work is simultaneous effect of graphene nanoplatelets as reinforcement and piezoelectric layers on the bending and vibration characteristics of the sandwich micro shell.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.1
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pp.69-77
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1984
In this paper, the governing differential equations for the free vibration of uniform parabolic arches are derived on the basis of equilibrium equations of a small element of arch rib and the D'Alembert principle. A trial eigen value method is used for determining the natural frequencies and mode shapes. And the Runge-Kutta fourth order integration technique is also used in this method to perform the integration of the differential equations. A detailed study is made of the first mode for the symmetrical and anti-symmetrical vibrations of hinged arches with the Span length equal to 10 m. The effects of the rise of arch, the radius of gyration and the rotary inertia on free vibrations are presented in detail in curves and table.
In this paper, an analytical procedure based on the perturbation technique is presented to study the free vibrations of annular viscoelastic plates by considering the first order shear deformation theory as the displacement field. The viscoelastic properties obey the standard linear solid model. The equations of motion are extracted for small deflection assumption using the Hamilton's principle. These equations which are a system of partial differential equations with variable coefficients are solved analytically with the perturbation technique. By using a new variable change, the governing equations are converted to equations with constant coefficients which have the analytical solution and they are appropriate especially to study the sensitivity analysis. Also the natural frequencies are calculated using the classical plate theory and finite elements method. A parametric study is performed and the effects of geometry, material and boundary conditions are investigated on the vibrational behavior of the plate. The results show that the first order shear deformation theory results is more closer than to the finite elements with respect to the classical plate theory for viscoelastic plate. The more results are summarized in conclusion section.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.6
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pp.598-605
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2008
An improved beamforming method is proposed to measure the surface impedance of absorbing materials in a free field. It is possible to estimate the surface impedance by decomposing measured signals into incident and reflected signals by using the spatial filter matrix of the beamforming method. Wavelet do-noising techniques which reduce the white Gaussian noise are applied to improve the results. Phase calibration method is also used to improve the results of the measured surface impedance in a low frequency range. The results of the normal incidence experiments that are performed in a semi-anechoic chamber are verified by comparing with those of the standard test method that is presented in ASTM E1050. The proposed method is found to be reliable to measure the surface impedance for frequencies higher than 400 Hz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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