Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.341-348
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2000
The differential equations governing the free vibrations of stepped horizontally circular curved beams with circular cross-section are derived and solved numerically. In numerical method, the Runge-Kutta and Determinant Search methods are used for computing the natural frequencies and mode shapes. Frequencies and mode shapes are reported as the functions of non-dimensional system parameters. The numerical method developed herein for computing frequencies and mode shapes are efficient and reliable.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.977-983
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2003
Free vibration analysis of helical springs was performed by the use of the commercial finite element analysis program, ANSYS. The investigation of national frequency was focused on the effect of various parameters such as boundary conditions, spring indices, number of coil turns and helix angles which are considered to affect the free vibration of a spring. The finite element method was validated by comparison with the result of a previouosly published literature. The similarity of frequency trend was shown among three boundary conditions: clamped-clamped, free-free, simpliy supported-simply supported but there was no similarity in light of mode shapes among them. Several modes showed similar frequencies on and near the frequencies identified by the natural frequency formula of Wahl. Natural frequencies increased with spring indices and number of turns decreasing and with helix angles increasing. The results investigated by finiete element method were compared with the experemental result and theoretical result and showed a good agreement among them.
In this paper the influence of aspect ratio, height ratio and material angle on static and free vibration behaviour of orthotropic elliptic paraboloid 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. A parametric study is carried out for static and free vibration response of orthotropic elliptic paraboloid shells with respect to displacements, internal forces, fundamental frequencies and mode shapes by varying the aspect and height ratios, and material angle.
This paper presents a finite element approach for determining the natural frequencies for planar inclined arches of various shapes vibrating in three-dimensional space. The profile of inclined arches, represented by undeformed centriodal axis of cross-section, is defined by the equation of plane curves expressed in the rectangular coordinates which are : circular, parabolic, sine, elliptic, and catenary shapes. In free vibration state, the arch is slightly displaced from its undeformed position. The linear relationship between curvature-torsion and axial strain is expressed in terms of the displacements in three-dimensional space. The finite element discretization along the span length is used rather than the total are length. Numerical results for arches of various shapes are given and they are in good agreement with those reported in literature. The natural frequency parameters and mode shapes are reported as functions of two nondimensional parameters: the span to cord length ratio (e) and the rise to cord length ratio (f).
The main goal of this study is to investigate the free vibration analysis of a large sag catenary with application to the jumper in hybrid riser system. The equation of motion is derived by using the variational method based on the virtual work principle. The finite element method is applied to evaluate the numerical solutions. The large sag catenary is utilized as an initial configuration for vibration analysis. The nonlinearity due to the large sag curvature of static configuration is taken into account in the element stiffness matrix. The natural frequencies of large sag catenary and their corresponding mode shapes are determined by solving the eigenvalue problem. The numerical examples of a large sag catenary jumpers are presented. The influences of bending rigidity and large sag shape on the free vibration behaviors of the catenary jumper are provided. The results indicate that the increase in sag reduces the jumper natural frequencies. The corresponding mode shapes of the jumper with large sag catenary shape are comprised of normal and tangential displacements. The large sag curvature including in the element stiffness matrix increases the natural frequency especially for a case of very large sag shape. Mostly, the mode shapes of jumper are dominated by the normal displacement, however, the tangential displacement significantly occurs around the lowest point of sag. The increase in degree of inclination of the catenary tends to increase the natural frequencies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.3
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pp.223-233
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2012
This paper deals with free vibrations of the tapered Timoshenko beam with constant volume, in which both the rotatory inertia and shear deformation are included. The cross section of the tapered beam is chosen as the regular polygon cross section whose depth is varied with the parabolic function. The ordinary differential equations governing free vibrations of such beam are derived based on the Timoshenko beam theory by decomposing the displacements. Governing equations are solved for determining the natural frequencies corresponding with their mode shapes. In the numerical examples, three end constraints of the hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped ends are considered. The effects of various beam parameters on natural frequencies are extensively discussed. The mode shapes of both the deflections and stress resultants are presented, in which the composing rates due to bending rotation and shear deformation are determined.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.34
no.1
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pp.57-65
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1992
The main purpose of this paper is to present both the natural frequencies and mode shapes of tapered beams under tensile axial force. The differential equation governing planar free vibration for tapered beams under tensile axial force is derived as nondimensional form. The three kinds of cross sectional shape are considered in differential equation. The Runge-Kutta method and 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, clamped-clamped and constraints are applied in numerical examples. The lowest four nondimensional natural frequencies are reported as the function of nondimensional tensile axial force. The fundamental natural frequencies are presented when section ratios and nondimensional axial forces are varied. The effects of cross sectional shapes are reported and some typical mode shapes are also presented.
Shell structures have become critical in the design of pressure vessels, submarine hulls, ship hulls, airplane structures, concrete roofs, containers for liquids, and many other structures. This study presented the feature of the free vibration of anisotropic laminated conical shells according to transverse shear deformation effects. Composite materials are composed of two or more different materials in order to produce desirable properties for structural strength. Since their behavior is very complex, it is almost impossible to solve the analytical solutions. This effects of subtended and vertex angles and other geometric parameters on vibration were investigated in a comprehensive parametric study. Selected vibration mode shapes were illustrated, to enable the physical understanding of vibration of laminated composite conical shells.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.6
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pp.979-994
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2015
The mode shapes of a segmented hull model towed in a model basin were predicted using both the Proper Orthogonal Decomposition (POD) and cross random decrement technique. The proper orthogonal decomposition, which is also known as Karhunen-Loeve decomposition, is an emerging technology as a useful signal processing technique in structural dynamics. The technique is based on the fact that the eigenvectors of a spatial coherence matrix become the mode shapes of the system under free and randomly excited forced vibration conditions. Taking advantage of the simplicity of POD, efforts have been made to reveal the mode shapes of vibrating flexible hull under random wave excitation. First, the segmented hull model of a 400 K ore carrier with 3 flexible connections was towed in a model basin under different sea states and the time histories of the vertical bending moment at three different locations were measured. The measured response time histories were processed using the proper orthogonal decomposition, eventually to obtain both the first and second vertical vibration modes of the flexible hull. A comparison of the obtained mode shapes with those obtained using the cross random decrement technique showed excellent correspondence between the two results.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.647-651
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2002
This study dealt with the free vibration of two identical rectangular plates coupled with fluid. In order to investigate the vibration characteristics of fluid-coupled rectangular plates, an analytical method based on the finite Fourier series expansion and Rayleigh-Ritz method was suggested. A commercial computer code, ANSYS was used to perform finite element analysis and we investigated the vibration characteristics with mode shapes and natural frequencies. As a result, the transverse vibration modes, in-phase and out-of-phase, were observed alternately in the fluid-coupled system. The effect of fluid bounding and plate boundary condition on the fluid-coupled natural frequency were investigated. It was shown that the mode numbers increased, the normalized natural frequencies monotonically increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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