Torabi, Ali Reza;Shams, Shahrokh;Fatehi-Narab, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.39
no.5
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pp.543-564
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2021
In this study free vibration analysis of a cracked Goland composite wing is investigated. The wing is modelled as a cantilevered beam based on Euler- Bernoulli equations. Also, composite material is modelled based on lamina fiber-reinforced. Edge crack is modelled by additional boundary conditions and local flexibility matrix in crack location, Castigliano's theorem and energy release rate formulation. Governing differential equations are extracted by Hamilton's principle. Using the separation of variables method, general solution in the normalized form for bending and torsion deflection is achieved then expressions for the cross-sectional rotation, the bending moment, the shear force and the torsional moment for the cantilevered beam are obtained. The cracked beam is modelled by separation of beam into two interconnected intact beams. Free vibration analysis of the beam is performed by applying boundary conditions at the fixed end, the free end, continuity conditions in the crack location of the beam and dynamic stiffness matrix determinant. Also, the effects of various parameters such as length and location of crack and fiber angle on natural frequencies and mode shapes are studied. Modal analysis results illustrate that natural frequencies and mode shapes are affected by depth and location of edge crack and coupling parameter.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.814-819
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2003
Machine tool design concepts have evolved towards high efficiency, accurate precision. high structural integrity, and multi-functional systems. Like many other structures, machine tools are also composed of many parts. When these parts are assembled, many kinds of joints are used. In the finite element analysis of these assembled structures, most joints are commonly considered as rigid joints. But, to get the more accurate solution, we need to model these joints in a appropriate manner. In this study, rational dynamic modeling and analysis method for complex structures are studied with special attention to slide way joints. For modeling of slide way joints, a general modeling technique is used by influence coefficients method which is applied to the conversion of detailed finite element model to the equivalent reduced joint model. The theoretical part of this method is illustrated and the method is applied to the structure with slide way joint. In this method. the non-linearity of the contact surfaces is considered within a proper range and the boundary effect of the joint model can be eliminated. The proposed method was applied to finite element modal analysis of a clamp jointed cantilever beam and slide way joints of the vertical type lathe. The method can also be used to other kinds of joint modeling. The results of these analysis were compared with those of Yoshimura models and rigid joint models. which demonstrated the practical applicability of the proposed method.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.7
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pp.562-569
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2003
An iterative modal analysis approach is developed to determine the effect of transverse open cracks on the dynamic behavior of simply supported pipe conveying fluid subject to the moving mass. The equation of motion Is derived by using Lagrange’s equation. The influences of the velocity of moving mass and the velocity of fluid flow and a crack have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipe system by numerical method. The presence of crack results In higher deflections of pipe. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modelled as a rotational spring. Totally. as the velocity of fluid flow and the crack severity are increased, the mid-span deflection of simply supported pipe conveying fluid Is Increased. The time which produce the maximum dynamic deflection of the simply supported pipe Is delayed according to the increment of the crack severity.
Applying nonlinear statistical analysis methods in estimating the performance of structures in earthquakes is strongly considered these days. This is due to the methods' simplicity, timely lower cost and reliable estimation in seismic responses in comparison with time-history nonlinear dynamic analysis. Among nonlinear methods, simplified to be incorporated in the future guidelines, Modal Pushover Analysis, known by the abbreviated name of MPA, simply models nonlinear behavior of structures; and presents a very proper estimation of nonlinear dynamic analysis using lateral load pattern appropriate to the mass. Mostly, two kinds of connecting joints, 'hinge' and 'rigid', are carried out in different type of steel structures. However, it should be highly considered that nominal hinge joints usually experience some percentages of fixity and nominal rigid connections do not employ totally rigid. Therefore, concerning the importance of these structures and the significant flexibility effect of connections on force distribution and elements deformation, these connections can be considered as semi-rigid with various percentages of fixity. Since it seems, the application and implementation of MPA method has not been studied on moment-resistant steel frames with semi rigid connections, this research focuses on this topic and issue. In this regard several rigid and semi-rigid steel bending frames with different percentages of fixity are selected. The structural design is performed based on weak beam and strong column. Followed by that, the MPA method is used as an approximated method and Nonlinear Response History Analysis (NL-RHA) as the exact one. Studying the performance of semi-rigid frames in height shows that MPA technique offers reasonably reliable results in these frames. The methods accuracy seems to decrease, when the number of stories increases and does decrease in correlation with the semi-rigidity percentages. This generally implies that the method can be used as a proper device in seismic estimation of different types of low and mid-rise buildings with semi-rigid connections.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.9-15
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2010
In this paper, dynamic modeling of hull structure including surface-bonded piezoelectric composite actuator was developed and structural vibration control performance was evaluated. Cylindrical shell structure with end-caps was considered as a host structure which could be used as a simple model of fuselage of aircraft and underwater vehicles. An advanced piezoelectric composite, macro-fiber composite(MFC), which has been developed in NASA Langley Research Center was applied for the effective structural vibration control. MFC has great flexibility by using piezoceramic fiber sheet and enhanced piezoelectric effect for in-plane motion by utilizing interdigitated electrode. Governing Equations were derived from the finite element model and modal characteristics were investigated. Modal test was conducted to verify the finite element model. Optimal controller was designed and implemented for the evaluation of vibration control performance. Structural vibration was controlled effectively by applying proper control input to the piezoelectric actuators.
Rotating beams play a crucial role in representing complex mechanical components that are prevalent in vital sectors like energy and transportation industries. These components are susceptible to the initiation and propagation of cracks, posing a substantial risk to their structural integrity. This study presents a two-stage methodology for detecting the location and estimating the size of an open-edge transverse crack in a rotating Euler-Bernoulli beam with a uniform cross-section. Understanding the dynamic behavior of beams is vital for the effective design and evaluation of their operational performance. In this regard, modal parameters such as natural frequencies and eigenmodes are frequently employed to detect and identify damages in mechanical components. In this instance, the Frobenius method has been employed to determine the first two natural frequencies and corresponding eigenmodes associated with flapwise bending vibration. These calculations have been performed by solving the governing differential equation that describes the motion of the beam. Various parameters have been considered, such as rotational speed, beam slenderness, hub radius, and crack size and location. The effect of the crack has been replaced by a rotational spring whose stiffness represents the increase in local flexibility as a result of the damage presence. In the initial phase of the proposed methodology, a damage index utilizing the slope of the beam's eigenmode has been employed to estimate the location of the crack. After detecting the presence of damage, the size of the crack is determined using a Genetic Algorithm optimization technique. The ultimate goal of the proposed methodology is to enable the development of more suitable and reliable maintenance plans.
This study examined user preferences toward transportation modes in Seoul. Two multidimensional scaling models, the ideal point and vector models, were applied to data on mode preferences of 114 adults in the metropolitan area. While both models produced fairly similar results, the vector model performed slightly better than the other in terms of interpretability of the results. The transport attributes elicited are comfort, flexibility, travel cost, travel time, privacy, and safety; among which comfort is salient most. The comfort variable is a multi-faceted attribute in nature. The variations of attribute preferences are most significant between the gender groups as well as worker/nonworker groups. In particular, male workers, female workers and female nonworkers form three distinctive market segments. An unidimensional scaling of the preference data reveals that subway, auto-driver, and subscription bus modes are preferred most, whereas motorcycle and bicycle least. The other modes of express bus, taxt, auto-passenger, bus and walk rank intermediately. An examination of how preference orders vary among modal groups hints that users align their stated attitudes to their choice in order to reduce cognitive dissonance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.2058-2066
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1999
The present paper proposes a new dynamic analysis method for multi-span Timoshenko beam structures supported by joints with damping subject to moving loads. An exact dynamic element matrix method is adopted to model Timoshenko beam structures. A generalized modal analysis method is applied to derive response formulae for beam structures subject to moving loads. The proposed method offers an exact and closed form solution. Two numerical examples are provided for validating and illustrating the proposed method. In the first numerical example, a single span beam with multiple moving loads is considered. A dynamic analysis on a multi-span beam under a moving load is considered as the second example, in which the flexibility and damping of supporting joints are taken into account. The numerical study proves that the proposed method is useful for the vibration analysis of multi-span beam-hype structures by moving loads.
The sub-resonance modes can be easily excited by the assembling tolerance in the asymmetric type optical pick-up actuators, compared with the symmetric type. In this paper, we propose the novel method for reducing the vibration due to the sub-resonance modes whose amplitude can be decreased by adding the damper and increasing the flexibility of holder PCB. Using the finite element method, the change of mode shapes is investigated as the shape of holder PCB is modified. Experimental results support that the propopsed method reduces remarkably the vibration of sub-resonance modes of the optical pick-up actuator.
This paper presents a Level III damage evaluation methodology, which simultaneously, identifies the location, the extent, and the severity of stiffness damage in deep beams. Deep beams are structural elements with relatively high aspect (depth-to-length) ratios whose response are no longer based on the simplified Euler-Bernoulli theory. The proposed methodology is developed on the bases of the force-displacement relations of the Timoshenko beam theory and the concept of invariant stress resultants, which states that the net internal force existing at any cross-section of the beam is not affected by the inflicted damage, provided that the external loadings in the undamaged and damaged beams are identical. Irrespective of the aspect ratios, local changes in both the flexural and the shear stiffnesses of beam-type structures may be detected using the approach presented in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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