A modeling method for the vibration analysis of rotating cantilever plastes with stiffeners is presented. The equations of motion for the plates aer derived and trnasformed into a dimensionless form. A mass density Dirac's delta function is used to idealize the stiffener mathematically. The effects of stiffeners on the model characteristics of the plate are investigated, and mode shape variations due to some parameter variation are exhibited. It is found that veering phenomena occur between some loci and associated mode shapes change significantly during the veering phenomena.
Multi-span beams carrying multiple point masses are widely used in engineering applications, but the literature for free vibration analysis of such structural systems is much less than that of single-span beams. The complexity of analytical expressions should be one of the main reasons for the last phenomenon. The purpose of this paper is to utilize the numerical assembly method (NAM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of a multi-span uniform beam carrying multiple point masses. First, the coefficient matrices for an intermediate pinned support, an intermediate point mass, left-end support and right-end support of a uniform beam are derived. Next, the overall coefficient matrix for the whole structural system is obtained using the numerical assembly technique of the finite element method. Finally, the natural frequencies and the associated mode shapes of the vibrating system are determined by equating the determinant of the last overall coefficient matrix to zero and substituting the corresponding values of integration constants into the related eigenfunctions respectively. The effects of in-span pinned supports and point masses on the free vibration characteristics of the beam are also studied.
Narwariya, Manoj;Choudhury, Achintya;Sharma, Avadesh K.
Advances in Computational Design
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v.3
no.2
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pp.113-132
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2018
This paper presents the vibration and harmonic analysis of orthotropic laminated composite plate. The response of plate is determined using Finite Element Method. The eight noded shell 281 elements are used to analyze the orthotropic plates and results are obtained so that the right choice can be made in applications such as aircrafts, rockets, missiles, etc. to reduce the vibration amplitudes. Initially the model response for orthotropic plate and harmonic response for isotropic plate is verified with the available literature. The results are in good agreement with the available literature. Numerical results for the natural frequency and harmonic response amplitude are presented. Effects of boundary conditions, thickness to width ratio and number of layers on natural frequency and harmonic response of the orthographic plates are also investigated. The natural frequency, mode shape and harmonic analysis of laminated composite plate has been determined using finite element package ANSYS.
Park Jae-Hyung;Lee Jung-Mi;Kim Jeong-Tae;Ryu Yeon-Sun
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.459-466
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2006
The objective of this study is to improve the accuracy of damage detection using natural frequency and modal strain energy. The following approaches are used to achieve the goal. First, modal strain energy is introduced and newly GA-based damage detection technique using natural frequency and modal strain energy is proposed. Next, to verify efficiency of the proposed technique, damage scenarios for free-free beams are designed and the vibration modal tests as damage cases are conducted. Finally, feasibility of proposed technique is verified in comparison with a GA-based damage detection technique using natural frequency and mode shape.
In many of microdevices a part of a microbeam is covered by a piezoelectric layer. Depend on the application a DC or AC voltage is applied between upper and lower side of the piezoelectric layer. A common method in many of previous works for evaluating the response of these structures is discretizing by Galerkin method. In these works often single mode shape of a uniform microbeam i.e. the microbeam without piezoelectric layer has been used as comparison function, and so the convergence of the solution has not been verified. In this paper the Galerkin method is used for discretization, and a comprehensive analysis on the convergence of solution of equation that is discretized using this comparison function is studied for both clamped-clamped and clamped-free microbeams. The static and dynamic solution resulted from Galerkin method is compared to the modal expansion solution. In addition the static solution is compared to an exact solution. It is denoted that the required numbers of uniform microbeam mode shapes for convergence of static solution due to DC voltage depends on the position and thickness of deposited piezoelectric layer. It is shown that when the clamped-clamped microbeam is coated symmetrically by piezoelectric layer, then the convergence for static solution may be obtained using only first mode. This result is valid for clamped-free case when it is covered by piezoelectric layer from left clamped side to the right. It is shown that when voltage is AC then the number of required uniform microbeam shape mode for convergence is much more than the number of required mode in modal expansion due to the dynamic effect of piezoelectric layer. This difference increases by increasing the piezoelectric thickness, the closeness of the excitation frequency to natural frequency and decreasing the damping coefficient. This condition is often indefeasible in microresonator system. It is concluded that discreitizing the equation of motion using one mode shape of uniform microbeam as comparison function in many of previous works causes considerable errors.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.4
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pp.89-96
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2007
The fundamental frequency maximization of beam structures is carried out by using strain energy based topology optimization technique. It mainly uses the modal strain energy distributions induced by the mode shapes of the structures. The modal strain energy to be minimized is employed as the objective function and the initial volume of structures is adopted as the constraint function. The resizing algorithm devised from the optimality criteria method is used to update the hole size of the cell existing in each finite element. The beams with three different boundary conditions are used to investigate the optimum topologies against natural mode shapes. From numerical test, it is found to be that the optimum topologies of the beams produced by the adopted technique have hugh increases in some values of natural frequencies and especially the technique is very effective to maximize the fundamental frequency of the structures.
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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.401-410
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2008
The natural frequency of a beam plays an important role in not only vibration analysis but also understanding its dynamic characteristics. It is complicated to analyse the natural frequency of a stepped beam with discontinuously varying section. Approximate analysis methods such as Rayleigh-Ritz method, FEM, etc. are frequently used for the vibration analysis of stepped beams. In such a case, accuracy of these methods depends upon the number of partitioned elements, the number of the iterations in calculation and the assumed mode shape. This study presents an approximate analysis method for the fundamental natural frequency analysis of stepped cantilever beam, using equivalent beam transformation technique. Validity and usefulness are verified by comparing the proposed method with FEM for several example problems.
Kim, Chang-Hee;Oh, Chea-Eun;Kim, Tea-Woo;Song, Chul-Woo;Lee, Seok-Soon
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.2
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pp.97-102
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2020
To prevent vibration of a vehicle's interior parts due to external impacts, the vehicle should be designed to reduce vibration and increase rigidity. In this paper, we conducted a vehicle test in which the vibration characteristics of a seatbelt resulting from the impact of a person closing a car door were measured and analyzed. A correlation analysis was performed using the finite analysis method. Based on this, a sensitivity analysis was performed, and an improved model was designed. We compared the natural frequencies and mode shapes of the improved and the initial models, which confirmed that the natural frequency of the improved model was more than 10 Hz higher than that of the initial model. Moreover, the response frequency of the improved model was three times higher than the input frequency applied in the vehicle test.
Kim, Nam-Sik;Kim, Chul-Young;Jung, Dae-Sung;Yoon, Jah-Geol
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.988-993
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2002
The AVT under traffic-induced vibrations was carried out on Namhae suspension bridge in Korea. Mode shapes as well as natural frequencies up to the 15th mode were acquired exactly, and the effect of traffic mass and temperature on measured natural frequencies was investigated. The results from the AVT are compared with those from forced vibration test(FVT) and FE analysis. In the case of long span suspension bridges such as Namhae bridge which has relatively large mass, the results shows that the measured natural frequencies are not affected by vehicle mass. From the results of long-term variation of natural frequencies due to temperature change, it can be said that temperature effect may be predominant to structural demage effect. Therefore, if damage detection methods based on dynamic characteristics of bridges are to be used, the variation should be taken into consideration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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