The vibrational characteristics of a radial-ply (155SR13 4PR) and a biased-ply tire (6.15-134PR) were investigated for examining the effects of tires with different structure on the ride characteristics of the vehicle. The natural frequencies at the tread band, mode shapes, and damping factors of two tires at the state of plane vibration were determined experimentally. The test work was performed at four levels of the inflation pressure, ranging from 171.7 kPa to 245.2 kPa, and three levels of the vertical load, deviating by 10% from the standard load designated by the Department of Transportation of the United States of America. The following results were drawn by the analysis of the test results: 1. The first-order natural frequencies of the radial-ply and the biased-ply tires at the tread band were 112 Hz and 159 Hz, respectively, at the state o f the free vibration when the inflation pressure of 196.2 kPa was applied. It was known that the biased-ply tire has higher resonant frequency than the radial-ply tire and the natural frequencies of the both tires move to the high frequency range as t he inflation pressure is increased. 2. The vibration modes of both tires were quite different. No big difference in mode shapes was examined as the inflation pressure was increased. But the natural frequencies of two tires were changed. For the radial-ply tire, no difference in mode shape was found whether the vertical load was applied or not. But a significant difference in mode shape was examined for the biased-ply tire. 3. Any difference was not found in damping factor as the different inflation pressures were applied. 4. When no vertical load was applied, damping factors of the radial-ply and biased-ply tire at the state of the natural vibration ranged from 2.6 to 5.9%, and from 4.1 to 7.8%, respectively. It was estimated that the radial-ply tire would have better cushioning than the biased-ply tire since the vertical spring rate of the radial-ply tire was much less than that of the biased-ply tire, even though the damping effect of the radial-ply tire was smaller than that of the biased-ply tire.
In this study, Hamiltonian Approach (HA) is applied to analysis the nonlinear free vibration of beams. Two well-known examples are illustrated to show the efficiency of this method. One of them deals with the Nonlinear vibration of an electrostatically actuated microbeam and the other is the nonlinear vibrations of tapered beams. This new approach prepares us to achieve the beam's natural frequencies and mode shapes easily and a rapidly convergent sequence is obtained during the solution. The effects of the small parameters on the frequency of the beams are discussed. Some comparisons are conducted between the results obtained by the Hamiltonian Approach (HA) and numerical solutions using to illustrate the effectiveness and convenience of the proposed methods.
In this paper the influence of stiffener location, rise/span ratio and fibre orientation on vibration behavior of corner supported hypar shells is studied by using a four-node hybrid stress finite element. The formulation of the element is based on Hellinger-Reissner variational principle. The element is developed by combining a hybrid plane stress element and a hybrid plate element. Benchmark problems are solved to validate the approach and free vibration response of stiffened orthotropic hypar shells is studied both with respect to fundamental frequency and mode shapes by varying the location of stiffeners, rise/span ratio and fiber orientation.
An accurate method is presented for flexural vibrations of sectorial plates having simply supported-free and free-free radial edges, when the circular edge is either clamped or simply supported. The classical Ritz method is employed with two sets of admissible functions assumed for the transverse vibratory displacements. These sets consist of : (1) mathematically complete algebraic-trigonometric polynomials which gurantee convergence to exact frequencies as sufficient terms are retained, and (2) comer functions which account for the bending moment singularities at re-entrant comer of the radial edges having arbitrary edge conditions. Accurate (at least four significant figures) frequencies and normalized contours of the transverse vibratory displacement are presented for the spectra of corner angles [90$^{\circ}$, 180$^{\circ}$(semi-circular), 270$^{\circ}$, 300$^{\circ}$, 330$^{\circ}$, 350$^{\circ}$, 355$^{\circ}$, 360$^{\circ}$ (complete circular)] causing a re-entrant comer of the radial edges. Future solutions drawn from alternative numerical procedures and finite element techniques may be compared with these accurate results.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sani, Ahmad Aftabi;Hozhabrossadati, Seyed Mojtaba
Smart Structures and Systems
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v.21
no.3
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pp.349-358
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2018
This paper investigates the free vibration analysis of double-beam system coupled by a two-degree-of-freedom mass-spring system. In order to generalize the model, the main beams are assumed to be elastically restrained against translation and rotation at one end and free at the other. Furthermore, the mass-spring system is elastically connected to the beams at adjustable positions by means of four translational and rotational springs. The governing differential equations of the beams and the mass-spring system are derived and analytically solved by using the Fourier transform method. Moreover, as a second way, a finite element solution is derived. The frequency parameters and mode shapes of some diverse cases are obtained using both methods. Comparison of obtained results by two methods shows the accuracy of both solutions. The influence of system parameters on the free vibration response of the studied mechanical system is examined.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.703-706
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2005
Since soil structure interactions are one of the most important subjects in the structural/foundation engineering, much study concerning the soil structure interactions had been carried out. One of typical structures related to the soil structure interactions is the strip foundation which is basically defined as the beam or strip rested on or supported by the soils. At the present time, lack of studies on dynamic problems related to the strip foundations is still found in the literature. From these viewpoint this paper aims to theoretically investigate dynamics of the parabolic strip foundations and also to present the practical engineering data for the design purpose. Differential equations governing the free, out o plane vibrations of such strip foundations are derived, in which effects of the rotatory and torsional inertias and also shear deformation are included although the warping of the cross-section is excluded. Governing differential equations subjected to the boundary conditions of free-free end constraints are numerically solved for obtaining the natural frequencies and mode shapes by using the numerical integration technique and the numerical method of nonlinear equation.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.1148-1158
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2005
This work reports results of our study on the dynamic responses of the buried pipelines both along the axial and the transverse directions under various boundary end conditions. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends. We have studied the seismic responses of the buried pipelines with the various boundary end conditions both along the axial and the transverse direction. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends for the axial direction, and three more cases including the guided ends, the simply supported ends, and the supported-guided ends for the transverse direction. The buried pipelines are modeled as beams on elastic foundation while the seismic waves as a ground displacement in the form of a sinusoidal wave. The natural frequency and its mode, and the effect of parameters have been interpreted in terms of free vibration. The natural frequency varies most significantly by the soil stiffness and the length of the buried pipelines in the case of free vibration, which increases with increasing soil stiffness and decreases with increasing length of the buried pipeline. Such a behavior appears most prominently along the axial rather than the transverse direction of the buried pipelines. The resulting frequencies and the mode shapes obtained from the free vibration for the various boundary end conditions of the pipelines have been utilized to derive the mathematical formulae for the displacements and the strains along the axial direction, and the displacements and the bending strains along the transverse direction in case of the forced vibration. The negligibly small difference of 6.2% between our result and that of Ogawa et. al. (2001) for the axial strain with a one second period confirms the accuracy of our approach in this study.
In this paper, cantilevered tall structures are treated as cantilever bars with varying cross-section for the analysis of their free longitudinal (or axial) vibrations. Using appropriate transformations, exact analytical solutions to determine the longitudinal natural frequencies and mode shapes for a one step non-uniform bar are derived by selecting suitable expressions, such as exponential functions, for the distributions of mass and axial stiffness. The frequency equation of a multi-step bar is established using the approach that combines the transfer matrix procedure or the recurrence formula and the closed-form solutions of one step bars, leading to a single frequency equation for any number of steps. The Ritz method is also applied to determine the natural frequencies and mode shapes in the vertical direction for cantilevered tall structures with variably distributed stiffness and mass. The formulae proposed in this paper are simple and convenient for engineering applications. Numerical example shows that the fundamental longitudinal natural frequency and mode shape of a 27-storey building determined by the proposed methods are in good agreement with the corresponding measured data. It is also shown that the selected expressions are suitable for describing the distributions of axial stiffness and mass of typical tall buildings.
Marandi, S. Masoud;Dehkordi, Mohsen Botshekanan;Nourbakhsh, S. Hassan
Steel and Composite Structures
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v.31
no.3
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pp.261-276
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2019
The study investigates the free vibration of a nano-scale sandwich beam by an extended high order approach, which has not been reported in the existing literature. First-order shear deformation theory for steel skins and so-called high-order sandwich panel theory for the core are applied. Next, the modified couple stress theory is used for both skins and cores. The Hamilton principle is utilized for deriving equations and corresponding boundary conditions. First, in the study the three-mode shapes natural frequencies for various material parameters are investigated. Also, obtained results are evaluated for two types of stiff and soft cores and isotropic, homogenous steel skins. In the research since the governing equations and also the boundary conditions are nonhomogeneous, therefore some closed-form solutions are not applicable. So, to obtain natural frequencies, the boundary conditions are converted to initial conditions called the shooting method as the numerical one. This method is one of the most robust approaches to solve complex equations and boundary conditions. Moreover, three types of simply supported on both sides of the beam (S-S), simply on one side and clamp supported on the other one (S-C) and clamped supported on both sides (C-C) are scrutinized. The parametric study is followed to evaluate the effect of nano-size scale, geometrical configurations for skins, core and material property change for cores as well. Results show that natural frequencies increase by an increase in skins thickness and core Young modulus and a decrease in beam length, core thickness as well. Furthermore, differences between obtained frequencies for soft and stiff cores increase in higher mode shapes; while, the more differences are evaluated for the stiff one.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.4
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pp.1043-1052
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2014
This paper deals with in-plane free vibrations of the horseshoe circular arch. Simultaneous ordinary differential equations governing free vibration of the arch are derived with respect to the radial and tangential deformations. Particularly, differential equations are obtained under the arc length coordinate rather than the angular one in order to extend the horseshoe arch whose subtended angle is greater than ${\pi}$ radians. The differential equations are numerically solved for calculating the natural frequencies accompanying with the corresponding mode shapes. In parametric studies, effects of the rotatory inertia, slenderness ratio and circumferential arc length ratio on frequency parameters are extensively discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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