Free vibrations of steel-concrete composite beams are analyzed by using the dynamic stiffness approach. The coupled equations of motion of the composite beams are derived with help of the Hamilton's principle. The effects of the shear deformation and rotary inertia of the two beams as well as the transverse and axial deformations of the stud connectors are included in the formulation. The dynamic stiffness matrix is developed on the basis of the exact general solutions of the homogeneous governing differential equations of the composite beams. The use of the dynamic stiffness method to determine the natural frequencies and mode shapes of a particular steel-concrete composite beam with various boundary conditions is demonstrated. The accuracy and effectiveness of the present model and formulation are validated by comparison of the present results with the available solutions in literature.
Free vibration analysis of thin shells is carried out by using isogeometric approach. For this purpose, a thin shell element based on Kirchhoff-Love shell theory is developed. Non-uniform rational B-spline surface (NURBS) definition is introduced to represent the geometry of shell and also used to derive all terms required in the isogeometric element formulation. Gauss integration rule is used for stiffness and mass matrices. The present shell element is then applied to examine vibrational behaviours of thin plate and shell structures. From numerical results, it is found be that reliable natural frequencies and associated mode shapes of thin shell structures can be predicted by the present isogeometric shell element.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.1
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pp.105-112
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2000
This paper deals with the free vibrations of columns immersed in fluid. The column model is based on the classical Bernoulli-euler theory which neblects the effects of rotatory inerital and shear deformation. The eccentricity and rotatory inertial of the concentrated mass at the top are taken into accuont. In the governing equation for the free vibration of column, thedensity of immersed part was midified to account for theadded fluid mass. The govering differential equations are solved numerically using the corresponding boundary conditions. The lowest four natural frequencies and corresponding mode shapes are calculated over a range of non-dimensional system parameters ; the mas density ration of fluid to column, the ratio of fluid depth to span length, the ratio of tip mass to total column mass, the dimensionless mass moment of inertia, and the eccentricity.
Free vibration analysis of plates and shells is carried out by using isogeometric approach. For this purpose, an isogeometric shell element based on Reissner-Mindlin (RM) shell theory is developed. Non-uniform rational B-spline surface (NURBS) definition is introduced to represent the geometry of shell and it is also used to derive all terms required in the isogeometric element formulation. New anchor positions are proposed to calculate the shell normal vector. Gauss integration rule is used for the formation of stiffness and mass matrices. The proposed shell element is then used to examine vibrational behaviours of plate and shell structures. From numerical results, it is found to be that reliable natural frequencies and associated mode shapes can be predicted by the present isogeometric RM shell element.
Numerical methods for calculating both the natural frequencies and buckling loads of columns with the multiple elastic springs are developed. In order to derive the governing equations of such columns, each elastic spring is modeled as a discrete elastic foundation with the finite longitudinal length. By using this model, the differential equations governing both the free vibrations and buckled shapes, respectively, of such columns are derided. These differential equations are solved numerically. The Runge- Kutta method is used to integrate the differential equations, and the determinant search method combined with Regula-Falsi method is used to determine the eingenvalues. namely natural frequencies and buckling loads. In the numerical examples, the clamped-clamped. clamped-hinged, hinged-clamped and hinged-hinged end constraints are considered. Extensive numerical results including the frequency parameters, mode shapes of free vibrations and buckling load parameters are presented in the non-dimensional forms.
In the present study, buckling and free vibration analyses of annular thin sector plate made of functionally graded materials (FGMs) resting on visco-elastic Pasternak foundation, subjected to external radial, circumferential and shear in-plane loads is investigated. Material properties are assumed to vary along the thickness according to an power law with Poisson's ratio held constant. First, based on the classical plate theory (CPT), the governing equation of motion is derived using Hamilton's principle and then is solved using the generalized differential quadrature method (GDQM). Numerical results are compared to those available in the literature to validate the convergence and accuracy of the present approach. Finally, the effects of power-law exponent, ratio of radii, thickness of the plate, sector angle, and coefficients of foundation on the fundamental and higher natural frequencies of transverse vibration and critical buckling loads are considered for various boundary conditions. Also, vibration and buckling mode shapes of functionally graded (FG) sector plate have been shown in this research. One of the important obtained results from this work show that ratio of the frequency of FG annular sector plate to the corresponding values of homogeneous plate are independent from boundary conditions and frequency number.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.1340-1347
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2006
Dynamic response of buried pipelines both in the axial and the transverse directions on concrete pipe and steel pipe, FRP pipe were investigated through a free vibration analysis. End boundary conditions considered herein consist of free ends, fixed ends, and fixed-free ends in the axial and the transverse direction. Guided ends, simply supported ends, and supported-guided ends were added to the transverse direction. The buried pipeline was regarded as a beam on an elastic foundation and the ground displacement of sinusoidal wave was applied to it. Natural frequencies and mode shapes were determined according to end boundary conditions. In addition, the effects of parameters on the natural frequency were evaluated. The natural frequency is affected most significantly by the soil stiffness and the length of the buried pipelines. The natural frequency increases as the soil stiffness increases while it decreases as the length of the buried pipeline increases. Such behavior appears to be dominant in the axial direction rather than in the transverse direction of the buried pipelines.
A developed hybrid method for crack identification of beams is presented. Based on the Euler-Bernouli beam theory and concepts of fracture mechanics, governing equation of the cracked beams is reformulated. Finite element (FE) method as a powerful numerical tool is used to discritize the equation in space domain. After transferring the equations from time domain to frequency domain, frequencies and mode shapes of the beam are obtained. Efficiency of the governed equation for free vibration analysis of the beams is shown by comparing the results with those available in literature and via ANSYS software. The used equation yields to move the influence of cracks from the stiffness matrix to the mass matrix. For crack identification measured data are produced by applying random error to the calculated frequencies and mode shapes. An objective function is prepared as root mean square error between measured and calculated data. To minimize the function, hybrid genetic algorithms (GAs) and particle swarm optimization (PSO) technique is introduced. Efficiency, Robustness, applicability and usefulness of the mixed optimization numerical tool in conjunction with the finite element method for identification of cracks locations and depths are shown via solving different examples.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.898-901
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2004
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 circular strip foundations and also to present the practical engineering data for the design purpose. Differential equations governing the free, out-of-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 corresponding end constraints are numerically solved for obtaining the natural frequencies and mode shapes by using the numerical integration technique and the numerical method of non-linear equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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