This study attempts to address the buckling and free vibration characteristics of an isotropic cylindrical panel subjected to non-uniform temperature rise using numerical approach. Finite element analysis has been used in the present study. The approach involves three parts, in the first part non-uniform temperature field is obtained using heat transfer analysis, in the second part, the stress field is computed under the thermal load using static condition and, the last part, the buckling and pre-stressed modal analysis are carried out to compute critical buckling temperature as well as natural frequencies and associated mode shapes. In the present study, the effect of non-uniform temperature field, heat sink temperatures and in-plane boundary constraints are considered. The relation between buckling temperature under uniform and non-uniform temperature fields has been established. Results revealed that decrease (Case (ii)) type temperature variation field influences the fundamental buckling mode shape significantly. Further, it is observed that natural frequencies under free vibration state, decreases as temperature increases. However, the reduction is significantly higher for the lowest natural frequency. It is also found that, with an increase in temperature, nodal and anti-nodal positions of free vibration mode shapes is shifting towards the location where the intensity of the heat source is high and structural stiffness is low.
Nonlinear and forced oscillations of supported viscous droplet were focused in the present study. The droplet has a free contact line with solid plate and inviscid fluid. Natural frequencies of a pendant droplet have been investigated experimentally by imposing the acoustic wave while the frequency is being increased at a fixed amplitude. The evaporation was observed at atmosphere pressure. The droplet was recorded throughout the entire evaporation process and transient variations of the volume was measured. The evaporation process of oscillating droplet with thermofoil has been also observed to investigate analyzing the resonance effect on the thermal characteristics of droplet. It is found that a pendant droplet shows the resonant behaviors at each mode similar to the theoretical analysis. During imposing the acoustic wave, the pendant droplet makes a rotating motion in its longitudinal axis which is a new shape oscillation mode. The evaporation rate of a pendant droplet at resonant frequency is significantly enhanced.
A numerical model based on the mode superposition method is used to study the vortex-induced vibration response characteristics of a deep-sea riser such as steel catenary riser (SCR). A steel catenary riser can be modeled using a flexible cable with simple supports at both ends. The natural frequency, mode shape and mode curvature of the riser are calculated and the vortex-induced vibration response of the riser is obtained using the equilibrium of the input and output power. The mode superposition method is applied to the vibrational stresses for each mode to calculate the overall riser fatigue life.
Kim, Chung-Joo;Chun, Jeong-Il;Byun, Yong-Kyu;Ro, Kwang-Choon;Chung, Chung-Choo;Jeong, Tae-Gun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.11
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pp.1885-1895
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1997
As track density needs to increase to the order of 10, 000 tpi, the suspension has become a critical component in hard disk drives. One of the main obstacles to attain high track density is the structural resonances of the suspension in lateral direction. We investigate the suspension dynamics through the experimental modal analysis and the finite element method. An LDV (Laser Doppler Vibrometer) is employed to measure the response of the suspension which is excited by a shaker and an inpulse hammer for the free condition and the loaded condition, respectively. After comparing the experimental and numerical results, we study how the initial geometry of the bend region affects the suspension dynamics. It is found that the natural frequency of the sway mode decreases as the bend ratio and the bend angle increase. The shape of torsional mode changes as the mass of a slider increases, resulting in a local decrease in the natural frequency.
Emad Ghandourah;Muzamal Hussain;Amien Khadimallah;Abdulsalam Alhawsawi;Essam Mohammed Banoqitah;Mohamed R. Ali
Advances in nano research
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v.14
no.6
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pp.521-525
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2023
This paper concerned with the vibration of double walled carbon nanotubes (CNTs) as continuum model based on Timoshenko-beam theory. The vibration solution obtained from Timoshenko-beam theory provides a better presentation of vibration structure of carbon nanotubes. The natural frequencies of double-walled CNTs against half axial wave mode are investigated. The frequency decreases on decreasing the half axial wave mode. The shape of frequency arcs is different for various lengths. It is observed that model has produced lowest results for C-F and highest for C-C. A large parametric study is performed to see the effect of half axial wave mode on frequencies of CNTs. This numerically vibration solution delivers a benchmark results for other techniques. The comparison of present model is exhibited with previous studies and good agreement is found.
Park, Joohyun;Kang, Seok-Jun;Hwang, Hyun-Joong;Cho, Gye-Chun
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.3
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pp.207-218
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2022
In submerged floating tunnels (SFTs), a next-generation maritime transportation infrastructure, the tunnel module floats in water due to buoyancy. For the effective and economical use of SFTs, connection with the ground is inevitable, but the stability of the shore connection is weak due to stress concentration caused by the displacement difference between the subsea bored tunnel and the SFT. The use of an elastic joint has been proposed as a solution to solve the stability problem, but it changes the dynamic characteristics of the SFT, such as natural frequency and mode shape. In this study, the finite element method (FEM) was used to simulate the elastic joints in shore connections, assuming that the ground is a hard rock without displacement. In addition, a small-scale model test was performed for FEM model validation. A parametric study was conducted on the resonance behavior such as the natural frequency change and velocity, stress, and reaction force distribution change of the SFT system by varying the joint stiffness under loading conditions of various frequencies and directions. The results indicated that the natural frequency of the SFT system increased as the stiffness of the elastic joint increased, and the risk of resonance was the highest in the low-frequency environment. Moreover, stress concentration was observed in both the SFT and the shore connection when resonance occurred in the vertical mode. The results of this study are expected to be utilized in the process of quantitative research such as designing elastic joints to prevent resonance in the future.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.3
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pp.103-108
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2015
This work introduces a modal testing and analysis results of the mock-up for a layered stone pagoda. The pagoda has been horizontally excited by an impact hammer. As to the measured acceleration time responses, the first five lower mode shapes and natural frequency are extracted by the TDD technique. It is observed that the time delay of a shear wave occurs through friction surfaces. Such phenomena cannot be described by using the traditional analytical models such as a continuum cantilever beam model or a discrete shear building model. However, the time delay typically affects only the phases of the pagoda system. The frequencies of the pagoda system are not affected by such time delay. It is found in the first time that the layered stone pagoda system has a set of closely placed modes in near of natural frequency. It is believed that such modes are due to the friction characteristics in friction surfaces. Based on the stick-slip friction model, it seems that the one of the closely placed mode can be a self-excited one.
In this study, an extended Kantorovich method, employing multi-term displacement functions, is applied to analyze the vibration problem of symmetrically laminated plates with arbitrary boundary conditions. The vibration behaviors of laminated plates are determined based on the variational principle of total energy minimization and the iterative Kantorovich method. The out-of-plane displacement is represented in the form of a series of a sum of products of functions in x and y directions. With a known function in the x or y directions, the formulation for the variation of total potential energy is transformed to a set of governing equations and a set of boundary conditions. The equations and boundary conditions are then numerically solved for the natural frequency and vibration mode shape. The solutions are verified with available solutions from the literature and solutions from the Ritz and finite element analysis. In most cases, the natural frequencies compare very well with the reference solutions. The vibration mode shapes are also very well modeled using the multi-term assumed displacement function in the terms of a power series. With the method used in this study, it is possible to solve the angle-ply plate problem, where the Kantorovich method with single-term displacement function is ineffective.
On the premise of ensuring that the static performance of the concrete spreader is met, the first-order natural frequency of the concrete spreader is increased, and the weight of the main beam is reduced. ANSYS is used as an analysis tool to perform modal analysis on the concrete spreader. The natural frequency, mode shape and modal test verification will be obtained to ensure the accuracy of finite element model analysis. Using the ANSYS designxplorer module, the size of the main beam is set, and the response surface model between the parameter variables and the optimization objective is established according to the experimental design points. Screening algorithm and MOGA algorithm are used to multi-optimize the stress, first-order natural frequency and girder weight, and the optimal solution is obtained by comparison. The results of modal analysis are consistent with those of the experiment, and a set of optimal solutions is obtained through the optimization algorithm. The optimal solution obtained can meet the purpose of increasing the first-order natural frequency of the concrete spreader and reducing the weight of the main beam under the premise of ensuring the overall dynamic and static performance of the concrete spreader.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.6
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pp.49-56
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2000
Due to the rapid increase of long-distance transportation, particular attentions have been paid to truck tires, especially to their dynamic characteristics. In this research, experimental modal analysis on two kinds of light-duty truck tires, i.e., radial tire and bias tire, are performed by using GRFP(global rational fraction polynomial) method to investigate differences of the dynamic behavior of the two tires. The test results have shown that the modal frequencies of bias tire are much higher than the corresponding values of radial tire with a similar mode shape, which is in accordance with the fact that the radial rigidity of bias tire is higher than that of radial tire. And most of the modal decay rates of bias tire are larger than those of radial tire within the scope of this experiment. In the frequency domain range of test, the bias tire has extra modes, which do not occur in the radial tire. This difference is based on the fact that the circumferential rigidity of the bias tire is quire low whereas that of radial tire is so high that the frequencies of the corresponding modes are out of the frequency range of test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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