Cylindrical steel tanks are important components of industrial facilities. Their safety becomes a crucial issue since any failure may cause catastrophic consequences. The aim of the paper is to show the results of comprehensive FEM numerical investigation focused on the response of cylindrical steel tanks under mining tremors and moderate earthquakes. The effects of different levels of liquid filling, the influence of non-uniform seismic excitation as well as the aspects of diagnosis of structural damage have been investigated. The results of the modal analysis indicate that the level of liquid filling is really essential in the structural analysis leading to considerable changes in the shapes of vibration modes with a substantial reduction in the natural frequencies when the level of liquid increases. The results of seismic and paraseismic analysis indicate that the filling the tank with liquid leads to the substantial increase in the structural response underground motions. It has also been observed that the peak structural response values under mining tremors and moderate earthquakes can be comparable to each other. Moreover, the consideration of spatial effects related to seismic wave propagation leads to a considerable decrease in the structural response under non-uniform seismic excitation. Finally, the analysis of damage diagnosis in steel tanks shows that different types of damage may induce changes in the free vibration modes and values of natural frequencies.
In this study, the natural frequencies of Functional Graded Materials (FGM) plates are predicted using Artificial Neural Network (ANN). A model based on Third-order Shear Deformation Theory (TSDT) and FEM is used to train the ANN model. Different training methods are tested to simulate input and output dependency. As this is a parametric model, several architectures and optimization algorithms were tested. The proposed model allows us to minimize the CPU time to evaluate candidate material properties for FGM plate material selection and demonstrate their influence on dynamic behavior. Consequently, the time required for the FGM design process (candidate materials for material selection) and the geometric optimization of the FGM structure would remain reasonable. The ANN model can help industries to produce FGM plates with good mechanical properties of the selected materials. I addition, this model can be used to directly predict vibration behavior by testing a large number of FGM plates, representing all possible combinations of metals and ceramics in today's industry, without having to solve any eigenvalue problems.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.3
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pp.37-46
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1991
A method is developed for solving the natural frequencies and mode shapes of linearly variable tapered beams. The governing differential equation for the tapered beam is derived. Three kinds of cross sectional shape are considered in differential equation. The Runge-Kutta method and the determinant search method are used to perform the integration of the differential equation and to determine the natural frequencies, respectively. The hinged-hinged, hinged-clamped, damped-clamped and free-damped end constraints are investigated in numerical examples. The lowest four nondimensional natural frequencies are obtained as functions of $d_b/d_a$. ratio. The effects of end constraints and cross sectional shapes on frequencies are analyzed and typical mode shapes are also presented.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.4
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pp.281-289
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2003
Recently, as high-rise buildings increase steeply, sub-structures of them are often supported on in-homogeneous foundation. And there are many machines in sub-structures of buildings, and slabs of sub-structures are affected by vibration which they make. This paper deals with vibration of plates with concentrated masses on in-homogeneous foundation. Machines on plates are considered as concentrated masses. In-homogeneous foundation is considered as assigning $k_{w1}$ and $k_{w2}$ to Winkler foundation parameters of central region and side region of plate respectively, and foundation is idealized to use Pasternak foundation model which considered both of Winkler foundation parameter and shear foundation parameter. In this paper, applying Winkler foundation parameters which $k_{w1}$and $k_{w2}$ are 10, $10^2$, $10^3$ and shear foundation parameter which are 10, 20 respectively, first natural frequencies of thick plates with concentrated masses on in-homogeneous foundations are calculated.
In this paper, a method of finite element analysis is presented for efficient calculation of vibration characteristics of not only simply interconnected structure with cyclic symmetry but also multiply interconnected structure with cyclic symmetry by using discrete Fourier trandform by means of a computer with small memory in a short time. Simply interconnected structure means it is composed of substructures which are adjacent themselves in circumferential direction. First, a mathematical model of multiply interconnected structure with cyclic symmetry is defined. The multiply interconnected structure is partitioned into substructures with the same goemetric configuration and constraint eqauations to be satisfied on connecting boundaries are defined. Nodal displacements and forces are transformed into complex forms through discrete Fourier transform and then finite element analysis is performed for just only a representative substructure. In free vibration analysis, natural frequencies of a whole structure can be obtained through a series of calculation for a substructure along the number of nodal diameter. And in forced vibration analysis, forced response of whole structure can be achieved by using inverse discrete Fourier transform of results which come from analysis for a substructure.
This describes the formulation for the free vibration of joined conical-cylindrical shells with uniform thickness using the transfer of influence coefficient. This method was developed based on successive transmission of dynamic influence coefficients, which were defined as the relationships between the displacement and the force vectors at arbitrary nodal circles of the system. The two edges of the shell having arbitrary boundary conditions are supported by several elastic springs with meridional/axial, circumferential, radial and rotational stiffness, respectively. The governing equations of vibration of a conical shell, including a cylindrical shell, are written as a coupled set of first order differential equations by using the transfer matrix of the shell. Once the transfer matrix of a single component has been determined, the entire structure matrix is obtained by the product of each component matrix and the joining matrix. The natural frequencies and the modes of vibration were calculated numerically for joined conical-cylindrical shells. The validity of the present method is demonstrated through simple numerical examples, and through comparison with the results of previous researchers.
In the present investigation, thermal buckling and free vibration characteristics of functionally graded (FG) Timoshenko nanobeams subjected to nonlinear thermal loading are carried out by presenting a Navier type solution. The thermal load is assumed to be nonlinear distribution through the thickness of FG nanobeam. Thermo-mechanical properties of FG nanobeam are supposed to vary smoothly and continuously throughout the thickness based on power-law model and the material properties are assumed to be temperature-dependent. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanobeam. Using Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion together with corresponding boundary conditions based on Timoshenko beam theory are obtained for the thermal buckling and vibration analysis of graded nanobeams including size effect. Moreover, in following a parametric study is accompanied to examine the effects of the several parameters such as nonlocal parameter, thermal effect, power law index and aspect ratio on the critical buckling temperatures and natural frequencies of the size-dependent FG nanobeams in detail. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared some cases in the literature. Also, it is found that the small scale effects and nonlinear thermal loading have a significant effect on thermal stability and vibration characteristics of FG nanobeams.
This paper analyzes nonlinear free vibration of the circular nano-tubes made of functionally graded materials in the framework of nonlocal strain gradient theory in conjunction with a refined higher order shear deformation beam model. The effective material properties of the tube related to the change of temperature are assumed to vary along the radius of tube based on the power law. The refined beam model is introduced which not only contains transverse shear deformation but also satisfies the stress boundary conditions where shear stress cancels each other out on the inner and outer surfaces. Moreover, it can degenerate the Euler beam model, the Timoshenko beam model and the Reddy beam model. By incorporating this model with Hamilton's principle, the nonlinear vibration equations are established. The equations, including a material length scale parameter as well as a nonlocal parameter, can describe the size-dependent in linear and nonlinear vibration of FGM nanotubes. Analytical solution is obtained by using a two-steps perturbation method. Several comparisons are performed to validate the present analysis. Eventually, the effects of various physical parameters on nonlinear and linear natural frequencies of FGM nanotubes are analyzed, such as inner radius, temperature, nonlocal parameter, strain gradient parameter, scale parameter ratio, slenderness ratio, volume indexes, different beam models.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.2
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pp.186-192
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1983
The purpose of this study is to determine the general frequency expression for a rotating shaft of uniform cross section, supported by two bearings, and carrying flywheel at the free end. The bearing spacing and the ratio of the weight of flywheel to the total distributed weight are used as parameters. The data have thus been reduced to dimensionless form so that the results are generally applicable for this type of rotor. Frequencies for the first three modes of vibration are determined. Experimental investigation with rotor/flywheel model confirmed the critical speed frequencies lie between analytical models with simply supported-simply supported boundary conditions and spring supported-spring supported boundary conditions.
Safety monitoring systems of structures generally resort to detecting possible changes of dynamic system parameters. Sensitivity analysis of these dynamic system parameters may implement these techniques. Conventional structural eigenvalue problems are discussed in the scope of those systems with deterministic parameters. Large and flexible structures, such as suspension bridges, actually possess stochastic material properties and these random properties unavoidably affect the dynamic system parameters. The sensitivity matrix of structural modal parameters to basic design variables has been established in this paper. Moreover, second order statistics of natural frequencies due to the randomness of material properties have been discussed. It is concluded from numerical analysis of a modem suspension bridge that although the second order statistics of frequencies are small relatively to the change of basic design variables, such as density of mass and modulus of elasticity, the sensitivities of modal parameters to these variables at different locations change in magnitude.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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