The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
Vosoughi, Ali R.;Malekzadeh, Parviz;Topal, Umut;Dede, Tayfun
Steel and Composite Structures
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제28권4호
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pp.509-516
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2018
The differential quadrature (DQ) and teaching-learning based optimization (TLBO) methods are coupled to introduce a hybrid numerical method for maximizing fundamental natural frequency of laminated composite skew plates. The fiber(s) orientations are selected as design variable(s). The first-order shear deformation theory (FSDT) is used to obtain the governing equations of the plate. The equations of motion and the related boundary conditions are discretized in space domain by employing the DQ method. The discretized equations are transferred from the time domain into the frequency domain to obtain the fundamental natural frequency. Then, the DQ solution is coupled with the TLBO method to find the maximum frequency of the plate and its related optimum stacking sequences of the laminate. Convergence and applicability of the proposed method are shown and the optimum fundamental frequency parameter of the plates with different skew angle, boundary conditions, number of layers and aspect ratio are obtained. The obtained results can be used as a benchmark for further studies.
To investigate the surface effects on vibration of embedded circular curved nanosize beams, nonlocal elasticity model is used in combination with surface properties including surface elasticity, surface tension and surface density for modeling the nano scale effect. The governing equations are determined via the energy method. Analytically Navier method is utilized to solve the governing equations for simply supported at both ends. Solving these equations enables us to estimate the natural frequency for circular curved nanobeam including Winkler and Pasternak elastic foundations. The results determined are verified by comparing the results by available ones in literature. The effects of various parameters such as nonlocal parameter, surface properties, Winkler and Pasternak elastic foundations and opening angle of circular curved nanobeam on the natural frequency are successfully studied. The results reveal that the natural frequency of circular curved nanobeam is significantly influenced by these effects.
To peruse the free vibration of curved functionally graded piezoelectric (FGP) nanosize beam in thermal environment, nonlocal elasticity theory is applied for modeling the nano scale effect. The governing equations are obtained via the energy method. Analytically Navier solution is employed to solve the governing equations for simply supported boundary conditions. Solving these equations enables us to estimate the natural frequency for curved FGP nanobeam under the effect of a uniform temperature change and external electric voltage. The results determined are verified by comparing the results by available ones in literature. The effects of various parameters such as nonlocality, uniform temperature changes, external electric voltage, gradient index, opening angle and aspect ratio of curved FGP nanobeam on the natural frequency are successfully discussed. The results revealed that the natural frequency of curved FGP nanobeam is significantly influenced by these effects.
The practical utilization of the frequency and normal mode equations of uniform Timoshenko beams such as those presented by Huang is not simple due to their highly trancendental nature. In this note largely simplified equations obtained for the fixed-fixed and the free-free boundary conditions, the modes of which are separable into symmetric modes and antisymmetric ones, are given. Numerical results obtains for six common-type boundary conditions show that the quantitative measure of the effect of rotary inertia and shear deformation on the natural frequency is greatly dependent upon the boundary conditions as well as the order number.
Han Sang-Sin;Lee Sun-Young;Ko Han-Woong;Park Dong-Hee;Ahn Bierng-Chearl
Journal of electromagnetic engineering and science
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제4권4호
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pp.150-155
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2004
Universal design equations are presented for the H-plane T-junction power divider with a circular conducting post in a rectangular waveguide. For a given operating frequency and power split ratio, the post offset from the T-junction center line, the distance between the post and the waveguide wall, and the post diameter can be adjusted to obtain a minimum reflection at the input waveguide. Optimum values of the post offset are given in terms of the normalized frequency and the power split ratio. Corresponding values of the post diameter and the distance of the post from the waveguide wall are given in terms of the normalized frequency and the post offset.
Dynamic stability of an axially oscillating cantilever beam is investigated in this paper. The equations of motion are derived and transformed into non-dimensional ones. The equations include harmonically oscillating parameters which originate from the motion-induced stiffness variation. Using the equations, the multiple scale perturbation method is employed to obtain a stability diagram. The stability diagram shows that relatively large unstable regions exist around the frequencies of the first bending natural frequency, twice the first bending natural frequency, and twice the second bending natural frequency. The validity of the diagram is proved by direct numerical simulations of the dynamic system.
In this paper, the equivalent exciting force caused by electric excitation is derived. By dividing load and displacement vectors into mean values and time-varying ones, the dynamic equations of the system are transformed into linear ones for time-varying portion of the displacements. The analytical equations of the forced time responses of the drive system to electric excitations are obtained. Using the Laplace transformation, the transfer function of the drive system is obtained. These equations are used to analyze the time and frequency responses of the drive system to the electric excitation. It is known that electric excitation can cause forced responses of the drive system, the total dynamic responses are decided by three phase exciting voltages, exciting frequency and natural frequencies of the drive system, and the drive parameters have obvious influence on the time and frequency responses.
Linearized equations of motion for the vibration analysis of rotating cantilever plates with arbitrary orientation angle are derived in the present work. Two in-plane stretch variables are introduced to be approximated. The use of the two in-plane stretch variables enables one to derive the equations of motion which include proper motion-induced stiffness variation terms. The equations of motion are transformed into dimensionless forms in which dimensionless parameters are identified. The effects of the dimensionless parameters on the modal characteristics of rotating cantilever plates are investigated through numerical study. The natural frequency loci veering along with the associated mode shape variations, which occur while the rotating speed increases, are also presented and discussed.
This paper deals with the free vibrations of shallow arches resting on elastic foundations. Foundations are assumed to follow the hypothesis proposed by Pasternak. The governing differential equation is derived for the in-plane free vibration of linearly elastic arches of uniform stiffness and constant mass per unit length. Sinusoidal arches with hinged-hinged and clamped-clamped end constraints are considered in analysis. The frequency equations (lowest symmetical and antisymmetrical natural frequency equations) are obtained by Galerkin's method. The effects of arch rise, Winkler foundation parameter and shear foundation parameter on the lowest two natural frequencies are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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