The aerodynamic stability of orthotropic tensioned membrane structures with rectangular plane is theoretically studied under the uniform ideal potential flow. The aerodynamic force acting on the membrane surface is determined by the potential flow theory in fluid mechanics and the thin airfoil theory in aerodynamics. Then, based on the large amplitude theory and the D'Alembert's principle, the interaction governing equation of wind-structure is established. Under the circumstances of single mode response, the Bubnov-Galerkin approximate method is applied to transform the complicated interaction equation into a system of second order nonlinear differential equation with constant coefficients. Through judging the stability of the system characteristic equation, the critical divergence instability wind velocity is determined. Finally, from different parametric analysis, we can conclude that it has positive significance to consider the characteristics of orthotropic and large amplitude for preventing the instability destruction of structures.
The present work aims at investigating the nonlinear dynamics, bifurcations, and stability of an axially accelerating beam with an intermediate spring-support. The problem of a parametrically excited system is addressed for the gyroscopic system. A geometric nonlinearity due to mid-plane stretching is considered and Hamilton's principle is employed to derive the nonlinear equation of motion. The equation is then reduced into a set of nonlinear ordinary differential equations with coupled terms via Galerkin's method. For the system in the sub-critical speed regime, the pseudo-arclength continuation technique is employed to plot the frequency-response curves. The results are presented for the system with and without a three-to-one internal resonance between the first two transverse modes. Also, the global dynamics of the system is investigated using direct time integration of the discretized equations. The mean axial speed and the amplitude of speed variations are varied as the bifurcation parameters and the bifurcation diagrams of Poincare maps are constructed.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.174-179
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2004
The paper deals with gravitational effect on dynamic stability of a cantilevered pipe conveying fluid. The eigenvalue branches and modes associated with flutter of cantilevered pipes conveying fluid are fully investigated. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the solutions are sought by Galerkin's method. Root locus diagrams are plotted for different values of mass ratio of the pipe, and the order of branch in root locus diagrams is defined. The flutter modes of the pipe at the critical flow velocities are drawn at every one of the twelfth period. The transference of flutter-type instability from one eigenvalue branches to another is investigated thoroughly.
According to a generalized nonlocal strain gradient theory (NSGT), dynamic modeling and free vibrational analysis of nanoporous inhomogeneous nanoplates is presented. The present model incorporates two scale coefficients to examine vibration behavior of nanoplates much accurately. Porosity-dependent material properties of the nanoplate are defined via a modified power-law function. The nanoplate is resting on a viscoelastic substrate and is subjected to hygro-thermal environment and in-plane linearly varying mechanical loads. The governing equations and related classical and non-classical boundary conditions are derived based on Hamilton's principle. These equations are solved for hinged nanoplates via Galerkin's method. Obtained results show the importance of hygro-thermal loading, viscoelastic medium, in-plane bending load, gradient index, nonlocal parameter, strain gradient parameter and porosities on vibrational characteristics of size-dependent FG nanoplates.
In this paper, control of a planar two-link structurally flexible robotic manipulator executing unconstrained and constrained maneuvers is considered. The dynamic model, which is obtained by using the extended Hamilton's principle and the Galerkin criterion, includes the impact force generated during the transition from unconstrained to constrained segment of the robotic task. A method is presented to obtain the linearized equations of motion in Cartesian space for use in designing the control system. The linear quadratic Gaussian with loop transfer recovery (LQG/LTR) design methodology is exploited to design a robust feedback control system that can handle modeling errors and sensor noise, and operate on Cartesian space trajectory errors. The LQG/LTR compensator together with a feedforward loop is used to control the flexible manipulator. Simulated results are presented for a numerical example.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.1
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pp.56-61
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2012
The dynamic instability and natural frequency of axially moving beam with an attached mass are investigated. Thus, the effects of an attached mass on the stability of the moving beam are studied. The governing equation of motion of the moving beam with an attached mass is derived from the extended Hamilton's principle. The natural frequencies are investigated for the moving beams via the Galerkin method under the simple support boundary. Numerical examples show the effects of the attached mass and moving speed on the stability of moving beam. Moreover, the lowest critical moving speeds for the simple supported conditions have been presented. The results can be used in the analysis of axially moving beams with an attached mass for checking the stability.
The paper is devoted to the stability analysis of a simply supported five layer sandwich beam. The beam consists of five layers: two metal faces, the metal foam core and two binding layers between faces and the core. The main goal is to elaborate a mathematical and numerical model of this beam. The beam is subjected to an axial compression. The nonlinear hypothesis of deformation of the cross section of the beam is formulated. Based on the Hamilton's principle the system of four stability equations is obtained. This system is approximately solved. Applying the Bubnov-Galerkin's method gives an ordinary differential equation of motion. The equation is then numerically processed. The equilibrium paths for a static and dynamic load are derived and the influence of the binding layers is considered. The main goal of the paper is an analytical description including the influence of binding layers on stability, especially on critical load, static and dynamic paths. Analytical solutions, in particular mathematical model are verified numerically and the results are compared with those obtained in experiments.
In current paper, nonlocal (NLT), nonlocal strain gradient (NSGT) and Gurtin-Murdoch surface/interface (GMSIT) theories with classical theory (CT) are utilized to investigate vibration and stability analysis of Double Walled Piezoelectric Nanosensor (DWPENS) based on cylindrical nanoshell. DWPENS simultaneously subjected to direct electrostatic voltage DC and harmonic excitations, structural damping, two piezoelectric layers and also nonlinear van der Waals force. For this purpose, Hamilton's principle, Galerkin technique, complex averaging and with arc-length continuation methods are used to analyze nonlinear behavior of DWPENS. For this work, three nonclassical theories compared with classical theory CT to investigate Dimensionless Natural Frequency (DNF), pull-in voltage, nonlinear frequency response and stability analysis of the DWPENS considering the nonlocal, material length scale, surface/interface (S/I) effects, electrostatic and harmonic excitation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.252-257
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2004
Free vibration of a semi-circular pipe conveying fluid is analyzed when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric non-linearity, this study adopts the Lagrange strain theory and the extensibility of the pipe. By using the extended Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived, which are coupled to the in-plane and out-of\ulcornerplant: motions. To investigate the vibration characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived from the Galerkin method. The natural frequencies are computed from the linearized equations of motion in the neighborhood of the equilibrium position. From the results. the natural frequencies for the in-plane and out-of-plane motions are vary with the flow velocity. However, no instability occurs the semi-circular pipe with both ends clamped, when taking into account the geometric non-linearity explained by the Lagrange strain theory.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.5
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pp.407-412
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2012
The dynamic instability and natural frequency of an axially moving pipe conveying fluid are investigated. Thus, the effects of fluid velocity and moving speed on the stability of the system are studied. The governing equation of motion of the moving pipe conveying fluid is derived from the extended Hamilton's principle. The eigenvalues are investigated for the pipe system via the Galerkin method under the simple support boundary. Numerical examples show the effects of the fluid velocity and moving speed on the stability of system. Moreover, the lowest critical moving speeds for the simply supported ends have been presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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