The use of functionally graded materials in applications involving severe thermal gradients is quickly gaining acceptance in the composite mechanics community, the aerospace and aircraft industry. In the present study, a refined sandwich plate model is applied to study the free vibration analysis of porous functionally graded material (FGM) sandwich plates with various distribution rate of porosity. Two types of common FG sandwich plates are considered. The first sandwich plate is composed of two FG material (FGM) face sheets and a homogeneous ceramic or metal core. The second one consists of two homogeneous fully metal and ceramic face sheets at the top and bottom, respectively, and a FGM core. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the sandwich plate. The number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported sandwich plates is obtained using Hamilton's principle. In order to present the effect of the variation of the porosity distribution on the dynamic behavior of the FGM sandwich plates, new mixtures are proposed which take into account different rate of porosity distribution between the ceramic and the metal. The present method is applicable to study the dynamic behavior of FGM plates and sandwich plates. The frequencies of two kinds of FGM sandwich structures are analyzed and discussed. Several numerical results have been compared with the ones available in the literature.
In this paper, the effect of deepness on in-plane free vibration behavior of a curved functionally graded (FG) nanobeam based on nonlocal elasticity theory has been investigated. Differential equations and boundary conditions have been developed based on Hamilton's principle. In order to figure out the size effect, nonlocal theory has been adopted. Properties of material vary in radial direction. By using Navier solution technique, the amount of natural frequencies has been obtained. Also, to take into account the deepness effect on vibrations, thickness to radius ratio has been considered. Differences percentage between results of cases in which deepness effect is included and excluded are obtained and influences of power-law exponent, nonlocal parameter and arc angle on these differences percentage are studied. Results show that arc angle and power law exponent parameters have the most influences on the amount of the differences percentage due to deepness effect. It has been observed that the inclusion of geometrical deep term and material distribution results in an increase in sensitivity of dimensionless natural frequency about variation of aforementioned parameters and a change in variation range of natural frequency. Finally, several numerical results of deep and shallow curved functionally graded nanobeams with different geometry dimensions are presented, which may serve as benchmark solutions for the future research in this field.
The free vibration of temperature-dependent functionally graded plates (FGPs) resting on a viscoelastic foundation is investigated in this paper using a newly developed simple first-order shear deformation theory (FSDT). Unlike other first order shear deformation (FSDT) theories, the proposed model contains only four variables' unknowns in which the transverse shear stress and strain follow a parabolic distribution along the plates' thickness, and they vanish at the top and bottom surfaces of the plate by considering a new shape function. For this reason, the present theory requires no shear correction factor. Linear steady-state thermal loads and power-law material properties are supposed to be graded across the plate's thickness. Uniform, linear, non-linear, and sinusoidal thermal rises are applied at the two surfaces for simply supported FGP. Hamilton's principle and Navier's approach are utilized to develop motion equations and analytical solutions. The developed theory shows progress in predicting the frequencies of temperature-dependent FGP. Numerical research is conducted to explain the effect of the power law index, temperature fields, and damping coefficient on the dynamic behavior of temperature-dependent FGPs. It can be concluded that the equation and transformation of the proposed model are as simple as the FSDT.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.8
no.4
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pp.287-296
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1996
A mathematical model for the dynamic analysis of the riser system is developed to investigate the effect of internal flow on the free vibration of marine riser system which includes a steady flow inside the pipe. A semi-analytical method using series expansion is employed to derive Eigenvalue problem to facilitate the evaluation of the system frequencies, and its validity is given through the comparison of the solutions with the conventional method using system matrices. The algorithm is implemented to develop computer programs for the estimation of the system frequency. The investigations of the effect of internal flow on system frequency are performed according to the change of parameters such as top tension, internal flow velocity, and so on. It is found that the effect of internal flow can be controlled by the increase of top tension. However, careful consideration has to be given in the design point, particularly for the long riser.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.9
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pp.2173-2180
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1995
This paper presents free vibration analysis method using the characteristics of the rotationally periodic structures and includes the analysis results of a tire as an example. The normal modes of the rotationally periodic structures are the kind of standing waves, so all sectors have the same deflection shapes, and only different phases. This property makes it possible to derive the analysis method called sector method. The sector method can give the accurate natural frequencies and the corresponding mode shapes of the rotationally periodic structure with information of only one sector. When the free vibration analysis is performed to find the dynamic characteristics of the rotationally periodic structure by using the sector method, the computer memory spaces and the CPU times can be saved. We obtained much economic benefits by using the sector method in the analysis of dynamic characteristics of a tire made of non-linear materials.
Driz, Hafida;Benchohra, Mamia;Bakora, Ahmed;Benachour, Abdelkader;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbes Adda
Steel and Composite Structures
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v.26
no.4
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pp.387-405
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2018
A novel higher shear deformation theory (HSDT) is proposed for the bending, buckling and free vibration investigations of isotropic and functionally graded (FG) sandwich plates. It contains only four variables, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and the conventional HSDTs. The model accounts for a parabolic variation of transverse shear stress, respects the traction free boundary conditions and contrary to the conventional HSDTs, the present one presents a novel displacement field which incorporates undetermined integral terms. Equations of motion determined in this work are applied for three types of FG structures: FG plates, sandwich plates with FG core and sandwich plates with FG faces. Analytical solutions are given to predict the transverse displacements, stresses, critical buckling forces and natural frequencies of simply supported plates and a comparison study is carried out to demonstrate the accuracy of the proposed model.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.207-214
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1997
The objective of this study is to review the current stare of earthquake simulation techniques using the shaking table and check the reliability. One degree-of-freedom(d.o.f.)and three d.o.f. aluminium shear models were used and 4m$\times$4m 6 d.o.f. shaking table was excitated in one horizontal direction to simulate 1940 El centro earthquake accelerogram (NS component). When the acceleration history of shaking table is compared to the desired one, it can be found that the overall histories are very similar, but that the lower frequency range (0~2 Hz) of the actual excitation has generally lower amplitude than that of the desired in fourier transform amplitude. Free vibration and white noise tests have shown almost the same values for natural frequencies, but shown quite different values for damping ratios, that is, 1.37% in case of r\free vibration test vs 14.76% in case of white noise test. The time histories of story shear versus story drift show the globally linear elastic behaviors. But the elliptical shape of the histories with one of the axis being the stiffness of the story implies the effect of viscous damping.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.25-32
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2002
Free vibration analysis of radialiy multi-delaminated beams with through-the-width multi-delamination is performed in the present study. The multiple delaminations are considered to be in a radial manner through the thickness from the top surface of the beam. The natural frequencies of the radially multi-delaminated beams are calculated from a new algorithm that is based on the single compound delaminated beam model. That is, beams with radial multi-delaminations are regarded as the sum of a single compound delamlnated beam that is the single sub-delaminated beam from the top surface of global beam. Each result of frequency equation for the single delaminated beam with unknown boundary conditions obtained through continuity conditions Is updated to the next one, With these sequential operations, the final frequency equation of radially multi-delaminated beams is obtained for both ends boundary conditions of global beam. The numerical results carried out for the beams are compared with those of some references to give the reliance on the proposed algorithm and to investigate the effects of the shape, number, size of multi-delaminations on the natural frequency. Compared with the other previously presented model, the proposed algorithm is more flexible in modeling and formulating as the total array size of frequency equation is always four by four. Therefore, the proposed algorithm will reduce the effort of user in formulating the physical model to the numerical model.
In the present work, by considering the agglomeration effect of single-walled carbon nanotubes, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanocomposite sandwich plates resting on Pasternak foundation are presented. The volume fractions of randomly oriented agglomerated single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. To determine the effect of CNT agglomeration on the elastic properties of CNT-reinforced composites, a two-parameter micromechanical model of agglomeration is employed. In this research work, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented straight CNTs. The 2-D generalized differential quadrature method (GDQM) as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the equations of motion and to implement the various boundary conditions. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The benefit of using the considered power-law distribution is to illustrate and present useful results arising from symmetric and asymmetric profiles. The effects of two-parameter elastic foundation modulus, geometrical and material parameters together with the boundary conditions on the frequency parameters of the laminated FG nanocomposite plates are investigated. It is shown that the natural frequencies of structure are seriously affected by the influence of CNTs agglomeration. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods or two-dimensional theories used to analysis of laminated plates.
Jovanovic, Miomir L.J.;Radoicic, Goran N.;Stojanovic, Vladimir S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.5
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pp.553-562
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2019
This paper presents the results of a study into the dynamic behaviour of a support structure of a mobile elevating work platform. The vibrations of the mechanical system of the observed structure are examined analytically, numerically, and experimentally. Within the analytical examination, a simple mathematical model is developed to describe free and forced vibrations. The dynamic analysis of the mechanical system is conducted using a discrete dynamic model with a reduced number of vibrational degrees of freedom. On the basis of the expression for the system energy, and by applying Lagrange's equations of the second kind, differential equations are derived for system vibrations, frequencies are determined, and the laws of forced platform vibration are established. At the same time, a nonlinear FEM model is developed and the laws of free and forced vibration are determined. The experimental and numerical part of the study deal with the examination of the real structure in extreme conditions, taking into account: the lowest eigenfrequency, forced actions that could endanger the general stability, the maximal amplitudes, and the acceleration of the work platform. The obtained analytical and numerical results are compared with the experiments. The experimental verification points to the adverse behaviour of the platform in excitation cases - swaying. In such a situation, even a relatively small physical force can lead to unacceptably high amplitudes of displacement and acceleration - exceeding the usual work values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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