The free vibration of rotating Euler-Bernoulli beams with the thickness and/or width of the cross-section vary linearly along the length is investigated by using the Adomian modified decomposition method (AMDM). Based on the AMDM, the governing differential equation for the rotating tapered beam becomes a recursive algebraic equation. By using the boundary condition equations, the dimensionless natural frequencies and the closed form series solution of the corresponding mode shapes can be easily obtained simultaneously. The computed results for different taper ratios as well as different offset length and rotational speeds are presented in several tables and figures. The accuracy is assured from the convergence and comparison with the previous published results. It is shown that the AMDM provides an accurate and straightforward method of free vibration analysis of rotating tapered beams.
Free Vibration Analysis using Non-dimensional Dynamic Influence Function (NDIF) is extended to arbitrarily shaped plates including polygonal plates. Since the corners of polygonal plates have indefinite normal directions and additional boundary conditions related to a twisting moment at a corner along with moment and shear force zero conditions, it is not easy to apply the NDIF method to polygonal plates wi th the free boundary condition. Moreover, owing to the fact that the local polar coordinate system, which has been introduced for free plates with smoothly varying edges, cannot be employed for the straight edges of the polygonal plates, a new coordinate system is required for the polygonal plates. These problems are solved by developing the new method of modifying a corner into a circular arc and setting the normal direction at the corner to an average value of normal direct ions of two edges adjacent to the corner. Some case studies for plates with various shapes show that the proposed method gives credible natural frequencies and mode shapes for various polygons that agree well with those by an exact method or FEM (ANSYS).
The dynamic stiffness matrix is formulated for an axially loaded slender double-beam element in which both beams are homogeneous, prismatic and of the same length by directly solving the governing differential equations of motion of the double-beam element. The Bernoulli-Euler beam theory is used to define the dynamic behaviors of the beams and the effects of the mass of springs and axial force are taken into account in the formulation. The dynamic stiffness method is used for calculation of the exact natural frequencies and mode shapes of the double-beam systems. Numerical results are given for a particular example of axially loaded double-beam system under a variety of boundary conditions, and the exact numerical solutions are shown for the natural frequencies and normal mode shapes. The effects of the axial force and boundary conditions are extensively discussed.
This paper focuses on the free vibration analysis of axially functionally graded (FG) Euler-Bernoulli beams. The material properties of the beams are assumed to obey the linear law distribution. The complexities in solving differential equation of transverse vibration of composite beams which limit the analytical solution to some special cases are overcome using the Differential Transformation Method (DTM). Natural frequencies and corresponding normalized mode shapes are calculated. Validation targets are experimental data or finite element results. Different parameters such as reinforcement distribution, ratio of the reinforcement Young's modulus to the matrix Young's modulus and ratio of the reinforcement density to the matrix density are taken into investigation. The delivered results prove the capability and the robustness of the applied method. The studied parameters are demonstrated to be very crucial for the normalized natural frequencies and mode shapes.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1073-1078
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2003
This paper presents the vibration characteristics of a cantilever beam in contact with a fluid using a PZT actuator and PVDF film. dynamic behaviors of a flexible beam-water interaction system are examined. The effect of the liquid level on free vibration of the composite beam in a partially liquid-filled circular cylinder is investigated. The coupled system is subject to an undisturbed boundary condition un the fluid domain. In the vibration analysis of a wetted beam. the decoupled analyses between beam and fluid have been conventionally employed by considering first the composite beam vibration in the all and secondly Performing the correction taking account for surrounding fluid effects. That is, this investigation was to look at how natural frequencies, mode shapes. and damping are affected by liquid level variations. The signals from the sensor according to the applied input voltage are digitalized and filtered in order to obtain the dynamic characteristics of the composite beam in contact with fluid. It was found that the coupled natural frequencies decreased with the fluid level for the identical composite beam due to added mass effect. In case of the free-free boundary condition, the natural frequency gently decreased at fluid water level between 20% and 80% in the first tending mode and we found out the bends of stair shape for added mass effect of the fluid.
In this study, free vibration of functionally graded (FG) micro/nanobeams based on nonlocal third-order shear deformation theory and under different boundary conditions is investigated by applying the differential quadrature method. Third-order shear deformation theory can consider the both small-scale effects and quadratic variation of shear strain and hence shear stress along the FG nanobeam thickness. The governing equations are obtained by using the Hamilton's principle, based on third-order shear deformation beam theory. The differential quadrature (DQ) method is used to discretize the model and attain the natural frequencies and mode shapes. The properties of FG micro/nanobeam are assumed to be chanfged along the thickness direction based on the simple power law distribution. The effects of various parameters such as the nonlocal parameter, gradient index, boundary conditions and mode number on the vibration characteristics of FG micro/nanobeams are discussed in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.437-443
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1998
Automobile company tries to reduce the inertia of powertrain to increase the fuel efficiency and increase the engine power every year to make the high speed driving possible at full load condition. These cause the torsional vibration of powertrain. But the demand about ride comfort improvement is increased constantly, so torsional vibration of powertrain become an emergency problem to be cured. This study is a basic research to reduce the torsional vibration of powertrain at driving condition. First, the heavy duty powertrain is characterized as a vibrating system. Its natural frequencies and mode shapes are reviewed. Second, by comparison of simulation results and experiment results, validity of developed model is verified. Finally, the couterplan which can reduce the torsional vibration by mode analysis and parameter modification is suggested.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.9
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pp.2812-2818
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1996
A cantilever beam with a mass and a spring at the end can be use to model a miniature flexible arm. It is necessary to know the natural frequencies and mode shapes to discuss its free vibration, especially when modal analysis is employed. A beam is clamped-free. In this paper we look at the lateral vibration of beams that have step changes in the properties of their cross sections. The frequency equation is derived by Bernoulli-Euler formulation and is sloved by the separation of variable. The parameters of the beam, 'mass and spring stiffness' are defined as nondimensionalized parameters for wide application of the results. According to the change of eigenvalues and mode shape are presented for this beam. The results presented are the eigenvalues and the natural frequencies for the first three modes of vibration. Results show that the parameters have a significant effect on the natural frequency.
Kim, Kook-Hyun;Kim, Byung-Hee;Choi, Tae-Muk;Cho, Dae-Seung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.3
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pp.267-280
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2012
An approximate method based on an assumed mode method has been presented for the free vibration analysis of a rectangular plate with arbitrary edge constraints. In the presented method, natural frequencies and their mode shapes of the plate are calculated by solving an eigenvalue problem of a multi-degree-of-freedom system matrix equation derived by using Lagrange's equations of motion. Characteristic orthogonal polynomials having the property of Timoshenko beam functions which satisfies edge constraints corresponding to those of the objective plate are used. In order to examine the accuracy of the proposed method, numerical examples of the rectangular plates with various thicknesses and edge constraints have been presented. The results have shown good agreement with those of other methods such as an analytic solution, an approximate solution, and a finite element analysis.
The reports regarding the free vibration analysis of uniform beams carrying single or multiple spring-mass systems are plenty, however, among which, those with inertia effect of the helical spring(s) considered are limited. In this paper, by taking the mass of the helical spring into consideration, the stiffness and mass matrices of a spring-mass system and an equivalent mass that may be used to replace the effect of a spring-mass system are derived. By means of the last element stiffness and mass matrices, the natural frequencies and mode shapes for a uniform cantilever beam carrying any number of springmass systems (or loaded beam) are determined using the conventional finite element method (FEM). Similarly, by means of the last equivalent mass, the natural frequencies and mode shapes of the same loaded beam are also determined using the presented equivalent mass method (EMM), where the cantilever beam elastically mounted by a number of lumped masses is replaced by the same beam rigidly attached by the same number of equivalent masses. Good agreement between the numerical results of FEM and those of EMM and/or those of the existing literature confirms the reliability of the presented approaches.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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