High-rise structures prone to large vibrations under the action of strong winds, resulting in fatigue damage of the structural components and the foundation. A novel compound damping cable system (CDCS) is proposed to suppress the excessive vibrations. CDCS uses tailored double cable system with increased tensile stiffness as the connecting device, and makes use of the relative motion between the high-rise structure and the ground to drive the damper to move back-and-forth, dissipating the vibration mechanical energy of the high-rise structure so as to decaying the excessive vibration. Firstly, a third-order differential equation for the free vibration of high-rise structure with CDCS is established, and its closed form solution is obtained by the root formulas of cubic equation (Shengjin's formulas). Secondly, the analytical solution is validated by a laboratory model experiment. Thirdly, parametric analysis is conducted to investigate how the parameters affect the vibration control performance. Finally, the dynamic responses of the high-rise structure with CDCS under harmonic and stochastic excitations are calculated and its vibration mitigation performance is further evaluated. The results show that the CDCS can provide a large equivalent additional damping ratio for the vibrating structures, thus suppressing the excessive vibration effectively. It is anticipated that the CDCS can be used as a good alternative energy dissipation system for vibration control of high-rise structures.
Abdelbaki, Bassem M.;Ahmed, Mohamed E. Sayed;Al Kaisy, Ahmed M.
Coupled systems mechanics
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제11권4호
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pp.357-371
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2022
This paper presents a parametric study on the free vibration analysis of a functionally graded material (FGM) circular plate with non-uniform thickness resting on a variable Pasternak elastic foundation. The mechanical properties of the material vary in the transverse direction through the thickness of the plate according to the power-law distribution to represent the constituent components. The equation of motion of the circular plate has been carried out based on the classical plate theory (CPT), and the differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing equations as a semi-analytical method. The grid points are chosen based on Chebyshev-Gauss-Lobatto distribution to achieve acceptable convergence and better accuracy. The influence of geometric parameters, variable elastic foundation, and functionally graded variation for clamped and simply supported boundary conditions on the first three natural frequencies are investigated. Comparisons of results with similar studies in the literature have been presented and two-dimensional mode shapes for particular plates have been plotted to illustrate the effect of variable thickness profile.
Noise & vibration-free screw pile method is being developed for solution of noise and vibration problem in existing pile method. In this paper, prior to pilot test construction, conditions which a PHC pile and a screw PHC pile were constructed into ground were modeled by finite element code and through the parametric study in cohesive soils, the behaviors of two kinds of pile according to soil characteristics were compared.
Mehmet Halil Calim;Omer Faruk Capar;Mehmet Bugra Ozbey;Yavuz Cetin Cuma
Geomechanics and Engineering
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제39권1호
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pp.55-72
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2024
This study investigates free and damped vibration behaviours of porous functionally graded shells supported by Winkler-Pasternak foundation, considering different geometries. Utilizing a higher-order shear deformation theory, the displacement field is determined. The equations of motion are formulated using Hamilton's principle, and the solutions are obtained Navier's method employing double Fourier series. Parametric studies regarding the effects of porosity, material distribution, elastic foundation, shell geometry and damping are carried out. Results are given in tabular and graphical form for the free and forced vibration analyses, respectively.
In this present paper, a semi-analytical mesh-free method is employed for the three-dimensional free vibration analysis of a bi-directional functionally graded piezoelectric circular structure. The dependent variables have been expanded by Fourier series with respect to the circumferential direction and have been discretized through radial and axial directions based on the mesh-free shape function. The current approach has a distinct advantage. The nonlinear Green-Lagrange strain is employed as the relationship between strain and displacement fields to observe thermal impacts in stiffness matrices. Nevertheless, high order terms have been neglected at the final steps of equations driving. The material properties are assumed to vary continuously in both radial and axial directions simultaneously in accordance with a power law distribution. The convergence and validation studies are conducted by comparing our proposed solution with available published results to investigate the accuracy and efficiency of our approach. After the validation study, a parametric study is undertaken to investigate the temperature effects, different types of polarization, mechanical and electric boundary conditions and geometry parameters of structures on the natural frequencies of functionally graded piezoelectric circular structures.
Thermo-mechanical vibration of sandwich beams with a stiff core and face sheets made of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) is investigated within the framework of Timoshenko beam theory. The material properties of FG-CNTRC are supposed to vary continuously in the thickness direction and are estimated through the rule of mixture and are considered to be temperature dependent. The governing equations and boundary conditions are derived by using Hamilton's principle and are solved using an efficient semi-analytical technique of the differential transform method (DTM). Comparison between the results of the present work and those available in literature shows the accuracy of this method. A parametric study is conducted to study the effects of carbon nanotube volume fraction, slenderness ratio, core-to-face sheet thickness ratio, and various boundary conditions on free vibration behavior of sandwich beams with FG-CNTRC face sheets. It is explicitly shown that the vibration characteristics of the curved nanosize beams are significantly influenced by the surface density effects.
Fuel-storage tank is a representative example of liquid-structure interaction systems. In order to prevent the undesired structural failure by a variety of external loads, the reliable analysis of the dynamic response of such structural system is of a great importance. In this paper, we address the analytical study on free vibration of axisymmetric cylindrical fuel-storage tanks together with the parametric investigation of eigen-characteristics with respect to the relative fuel fill-height and the relative tank height. Numerical results illustrating theoretical results are also included.
Messai, Abderraouf;Fortas, Lahcene;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Structural Engineering and Mechanics
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제81권4호
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pp.461-479
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2022
A finite element method analysis framework is introduced for the free vibration analyses of functionally graded porous beam structures by employing two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of various structural parameters such as the dispersion patterns of GPL reinforcements and porosity, thickness ratio, boundary conditions, nonlocal scale parameter and strain gradient parameters. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams.
This paper deals with the free vibration analysis of horizontally circular mea beams with variable cross sectional width on elastic foundations. Taking into account the effects of rotatory inertia and shear deformation differential equations governing the free vibrations of such beams are derived, in which the Whlkler foundation model is considered as the elastic foundation. The variable width of beam is chosen as the linear equation. The differential equations are solved numerically to calculate natural frequencies. In numerical examples, the curved beam with the hinged-hinged, hinged-clamped, clamped-hinged and damped-clamped end constraints are considered The parametric studies are conducted and the lowest four frequency parameters are reported in figures as the non-dimensional forms.
Kunche, Mani Chandra;Mishra, Pradeep K.;Nallala, Hari Babu;Hirwani, Chetan K.;Katariya, Pankaj V.;Panda, Subhransu;Panda, Subrata K.
Wind and Structures
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제29권5호
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pp.361-369
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2019
The modal frequency responses of adhesive bonded T-joint structure have been analyzed numerically and verified with own experimental data. For this purpose, the damped free frequencies of the bonded joint have been computed using a three-dimensional finite element model via ANSYS parametric design language (APDL) code. The practical relevance of the joint structure analysis has been established by comparing the simulation data with the in-house experimental values. Additionally, the influences of various geometrical and material parameters on the damped free frequency responses of the joint structure have been investigated and final inferences discussed in details. It is observed that the natural frequency values increase for the higher aspect ratios of the joint structure. Also, the joint made up of Glass fiber/epoxy with quasi-isotropic fiber orientation indicates more resistance towards free vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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