An analytical procedure based on the transfer matrix method to estimate not only the natural frequencies but also vibration mode shapes of the thin-walled members composed of interconnected cylindrical shell panels is presented. The transfer matrix is derived from the differential equations for the cylindrical shell panels. The point matrix relating the state vectors between consecutive shell panels are used to allow the transfer procedures over the cross section of the members. As a result, the interactions between the shell panels of the cross sections of the members can be considered. Although the transfer matrix method is naturally a solution procedure for the one-dimensional problems, this method is well applied to thin-walled members by introducing the trigonometric series into the governing equations of the problem. The natural frequencies and vibration mode shapes of the thin-walled members composed of number of interconnected cylindrical shell panels are observed in this analysis. In addition, the effects of the number of shell panels on the natural frequencies and vibration mode shapes are also examined.
Rezaiguia, A.;Fisli, Y.;Ellagoune, S.;Laefer, D.F.;Ouelaa, N.
Structural Engineering and Mechanics
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v.43
no.1
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pp.71-87
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2012
This paper extends a single equation, semi-analytical approach for three-span bridges to multi-span ones for the rapid and precise determination of natural frequencies and natural mode shapes of an orthotropic, multi-span plate. This method can be used to study the dynamic interaction between bridges and vehicles. It is based on the modal superposition method taking into account intermodal coupling to determine natural frequencies and mode shapes of a bridge deck. In this paper, a four- and a five-span orthotropic roadway bridge deck are compared in the first 10 modes with a finite element method analysis using ANSYS software. This simplified implementation matches numerical modeling within 2% in all cases. This paper verifies that applicability of a single formula approach as a simpler alternative to finite element modeling.
Meshless local collocation method produces much better conditioned matrices than meshless global collocation methods. In this paper, the meshless local collocation method based on thin plate spline radial basis function and first-order shear deformation theory are used to calculate the natural frequencies and mode shapes of laminated composite shells. Through numerical experiments, the accuracy and efficiency of present method are demonstrated.
A theoretical formulation for the analysis of free vibration of a cylindrical shell with a circular plate attached at an arbitrary axial position of the shell under various kinds of boundary conditions was derived and programed to get the numerical results for natural frequencies and mode shapes of the combined system. The boundary conditions of the shell to be considered here are clamped-free, clamped-simply supported, both ends clamped and both ends simply supported. The frequencies and mode shapes from theoretical calculation were compared with those of commercial finite element code, ANSYS. The results showed good agreement with those of ANSYS in frequencies and mode shapes. The program will contribute to the design optimization of a shell/plate combined system through the analysis of natural frequencies and mode shapes for the system.
This paper adopts the numerical assembly method (NAM) to determine the exact solutions of natural frequencies and mode shapes of a multi-span and multi-step beam carrying a number of various concentrated elements including point masses, rotary inertias, linear springs, rotational springs and springmass systems. First, the coefficient matrix for an intermediate station with various concentrated elements, cross-section change and/or pinned support and the ones for the left-end and right-end supports of a beam are derived. Next, the overall coefficient matrix for the entire beam is obtained using the numerical assembly technique of the conventional finite element method (FEM). Finally, the exact solutions for the natural frequencies of the vibrating system are determined by equating the determinant of the last overall coefficient matrix to zero and the associated mode shapes are obtained by substituting the corresponding values of integration constants into the associated eigenfunctions.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.05b
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pp.503-508
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1997
The effect of rotary inertia of concentrated masses on the natural vibration of the simply supported-simply supported fluid conveying pipe has been studied. For the analysis Galerkin's method is used fer transformation of the governing equation to the eigenvalue problem and the natural frequencies and mode shapes for the system have been found. Introduction of rotary inertia results in lots of change on the natural frequencies and mode shapes and its effect is highly noticed at the higher natural frequencies and mode shapes. Consideration of rotary inertia results in much decrease on the natural frequencies and its neglect could lead to erroneous results.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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1999.10c
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pp.206-211
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1999
The purpose of this study is to investigate the natural frequencies and mode shapes of beam-columns on the non-homogeneous foundaion. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory. The linear foundation modulus is chosen as the non-homogeneous foundation in this study . The differentidal equation goeverning free vibrations of such beam-columns subjected to axial load is derived and solved numerically for calculting the natural frquencies and mode shapes. In numerical fivekinds of end constraint are considered, and the lowest four natural frquencies and corresponding mode shape are obtained as the non-dimensional forms.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.138-146
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1996
The presence of a damage, such as a crack, in a structure increases the flexibility and damping in the structure. Most of methods to detect damage or damage location uses stiffness matrix of the structural system. The modification of stiffness matrix, however, has complicated procedures to identify structural. system in the basis of finite element model and has too many degree of freedom to calculate. Identification of changes of flexibility of structure can offer damage information immediately and simple procedure can employ real time continuous monitoring system. To identify changes of the flexibility, vibration mode shapes and natural frequencies are usually used. In this paper, a procedure for damage location in continuous girder bridges using vibration data is described. The effectiveness and sensitivity of the presented method to measurement errors in mode shapes and natural frequencies are investigated using analytical results from finite element models. It is shown that the errors in the first mode shape and first natural frequency demonstrate much larger influence than those in the higher mode shapes and modal frequencies.
Natural frequencies and mode shapes are two important modal data which specify the system. If the real system and FE model don't have the same local physical parameters, there will be a difference between modal data from real system and FE model. Because there is little difference in displacement mode shapes measured by an accelerometer, displacement modal update based on mode shapes including measurement errors may not be successful. In this research, strain mode shapes are used as modal data because the strain mode shapes measured by strain gauges are more sensitive than the displacement mode shapes with respect to the change of the parameters concerned in FE stiffness matrix...
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.194-200
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1999
Localized damage to a structure affects its dynamic properties, and much work has been undertaken investigating the variation of natural frequencies, damping ratios and mode shapes. This paper presents a technique based on wavelet transform to detect the existences and locations of structural damages. The procedure operates solely on the mode shape from the damaged structure, and does not require a priori knowledge of the undamaged structure. The procedure is developed using a 32-story shear building model. Applying wavelet transform to the mode shape successfully identifies the location of damage. The procedure is best suited to the mode shape obtained from the fundamental natural frequency. The wavelet coefficients from the higher mode shapes can be used to verify the location of damage, but they are not as sensitive as the wavelet coefficients of the lower mode shapes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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