Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.423-428
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2002
A numerical method is presented to obtain natural frequencies and mode shapes of tapered beams with static deflections due to self-weight. The differential equation governing the free vibrations of beam taken into account the static deflection due to self-weight is derived and solved numerically. The hinged-hinged, clamped-clamped and clamped-hinged and clamped-free end constraints are applied in the numerical examples. As the numerical results, the lowest three natural frequencies versus distributed slenderness ratio and section ratio are reported in figures. And for the comparison purpose, the typical mode shapes with the effects of static deflection are presented in figures.
This paper deals with the coupled flexural-torsional vibrations of Timoshenko beams with monosymmetric cross-section. The governing differtial equations for free vibration of such beams are derived and solved numerically to obtain frequencies and mode shapes. Numerical results are calculated for three specific examples of beams with free-free, clamped-free, hinged-hinged, clamped-hinged and clamped-clamped end constraints. The effect of warping stiffess on the natural frequencies and mode shapes is discussed and it is concluded that substantial error can be incurred if the effect is ignored.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.858-863
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2003
In the practical engineering fields, the horizontally curved beams are frequently erected as the major/minor structural components. The effects of both variable curvature and variable cross-section on structural behavior are very important and therefore these effects should be included in structural analyses. From this viewpoint, this paper deals with the free vibrations of horizontally curved beams with variable curvature and variable cross-section. In this study, the parabola as the curvilinear shape and stepped beam as the variable cross-section are considered. The ordinary differential equation governing free vibrations of such beams are derived. For calculating the natural frequencies, the governing equations are solved by numerical methods. The Runge-Kutta and Determinant search Methods are used for integrating the differential equations and for calculating the natural frequencies, respectively. With regard to numerical results, the relationships between frequency parameters and various beam parameters are presented in the forms of Table and Figures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.870-875
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2003
This paper deals with the free vibrations of horizontally curved beams with the general boundary condition, which consists of translational and rotational springs. The equations of general boundary condition of such beams are derived, while the ordinary differential equations governing free vibrations are adopted from the literature. The parabola as the curved beam's curvilinear shape is considered in numerical examples. For calculating the natural frequencies, the governing equations are solved by numerical methods. The Runge-Kutta and Determinant Search Methods are used for integrating the differential equations and for calculating the natural frequencies, respectively. for validation purpose, the numerical results obtained herein are compared to those obtained from the SAP 2000. With regard to numerical results, the relationships between frequency parameters and various beam parameters are presented in the forms of Table and figures.
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of hyperboloidal shells free at the top edge and clamped at the bottom edge like a hyperboloidal cooling tower by the Ritz method based upon the circular cylindrical coordinate system instead of related 3-D shell coordinates which are normal and tangent to the shell midsurface. The Legendre polynomials are used as admissible displacements. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated. Natural frequencies from the present 3-D analysis are also compared with those of straight beams with circular cross section, complete (not truncated) conical shells, and circular cylindrical shells as special cases of hyperboloidal shells from the classical beam theory, 2-D thin shell theory, and other 3-D methods.
The aim of this study is to calculate natural frequencies and harmonic responses of cracked frames with general boundary conditions by using transfer matrix method (TMM). The TMM is a straightforward technique to obtain harmonic responses and natural frequencies of frame structures as the method is based on constructing a relationship between state vectors of two ends of structure by a chain multiplication procedure. A single variable shear deformation theory (SVSDT) is applied, as well as, Timoshenko beam theory (TBT) and Euler-Bernoulli beam theory (EBT) for comparison purposes. Firstly, free vibration analysis of intact and cracked frames are performed for different crack ratios using TMM. The crack is modelled by means of a linear rotational spring that divides frame members into segments. The results are verified by experimental data and finite element method (FEM) solutions. The harmonic response curves that represent resonant and anti-resonant frequencies directly are plotted for various crack lengths. It is seen that the TMM can be used effectively for harmonic response analysis of cracked frames as well as natural frequencies calculation. The results imply that the SVSDT is an efficient alternative for investigation of cracked frame vibrations especially with thick frame members. Moreover, EBT results can easily be obtained by ignoring shear deformation related terms from governing equation of motion of SVSDT.
Shahabeddin Hatami;Mohammad J. Zarei;Seyyed H. Asghari Pari
Advances in nano research
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v.17
no.1
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pp.19-32
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2024
Functionally graded-carbon nanotube (FG-CNT) is expected to be a new generation of materials with a wide range of potential applications in technological fields such as aerospace, defense, energy, and structural industries. In this paper, an exact finite strip method for functionally graded-carbon nanotube sandwich plates is developed using first-order shear deformation theory to get the exact natural frequencies of the plates. The face sheets of the plates are made of FG-CNT with continuous and smooth grading based on the power law index. The equations of motion have been generated based on the Hamilton principle. By extracting the exact stiffness matrix for any strip of the sandwich plate as a non-algebraic function of natural frequencies, it is possible to calculate the exact free vibration frequencies. The accuracy and efficiency of the current method is established by comparing its findings to the results of the literature works. Examples are presented to prove the efficiency of the generated method to deal with various problems, such as the influence of the length-to-height ratio, the power law index, and a core-to-face sheet thickness of the single and multi-span sandwich plates with various boundary conditions on the natural frequencies. The exact results obtained from this analysis can check the validity and accuracy of other numerical methods.
This study concerns about calculating exact natural frequencies of frames using a single variable shear deformation theory (SVSDT) which considers the parabolic shear stress distribution across the cross section. Free vibration analyses are performed for multi-bay, multi-storey and multi-bay multi-storey type frame structures. Dynamic stiffness formulations are derived and used to obtain first five natural frequencies of frames. Different beam and column cross sections are considered to reveal their effects on free vibration analysis. The calculated natural frequencies are tabulated with the results obtained using Euler-Bernoulli Beam Theory (EBT) and Timoshenko Beam Theory (TBT). Moreover, the effects of inner and outer columns on natural frequencies are compared for multi-bay frames. Several mode shapes are plotted.
In cable structure maintenance, particularly for cable-stayed bridges, cable safety assessment relies on estimating cable tension. Conventionally, in Japan, cable tension is estimated from the natural frequencies of the cable using the higher-order vibration method. In recent years, dampers have been installed on cables to reduce cable vibrations. Because the higher-order vibration method is a method for damper-free cables, the damper must be removed to measure the natural frequencies of a cable without a damper. However, cables on some cable-stayed bridges have two dampers: one on the girder side and another on the tower side. Notably, removing and reinstalling the damper on the tower side are considerably more time- and labor-intensive. This paper introduces a tension estimation method for cables with two dampers, using natural frequencies. The proposed method was validated through numerical simulation and experiment. In the numerical tests, without measurement error in the natural frequencies, the maximum estimation error among 100 models was 3.3%. With measurement error of 2%, the average estimation error was within 5%, with a maximum error of 9%. The proposed method has high accuracy because the higher-order vibration method for a damper-free cable still has an estimation error of 5%. The experimental verification emphasizes the importance of accurate damper modeling, highlighting potential discrepancies between existing damper design formula and actual damper behavior. By revising the damper formula, the proposed method achieved accurate cable tension estimation, with a maximum estimation error of approximately 10%.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.429-434
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2002
The differential equations governing in-plane free vibrations of stepped circular arcs, including the effects of axial deformation, rotatory inertia and shear deformation, are derived and solved numerically to obtain frequencies and mode shapes. Numerical results are calculated for the clamped-clamped symmetric and unsymmetric circular arcs with thickness varying in a discontinuous fashion. The lowest four natural frequencies and mode shapes are presented over a range of non-dimensional system parameters: the subtended angle, the slenderness ratio, the section ratio and the ratio of discontinuous section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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