In practical engineering such as aerial refueling pipes, the boundary of the fluid-conveying pipe is difficult to be completely immovable. Pipes under movable and immovable boundaries are controlled by different dominant nonlinear factors, where the boundary mobility will affect the nonlinear dynamic characteristics, which should be focused on for adopting different strategies for vibration suppression and control. The nonlinear dynamic instability characteristics of functionally graded fluid-conveying pipes lying on a viscoelastic foundation under movable and immovable boundary conditions are systematically studied for the first time. Nonlinear factors involving nonlinear inertia and nonlinear curvature for pipes with a movable boundary as well as tensile hardening and nonlinear curvature for pipes with an immovable boundary are comprehensively considered during the derivation of the governing equations of the principal parametric resonance. The stability boundary and amplitude-frequency bifurcation diagrams are obtained by employing the two-step perturbation- incremental harmonic balance method (TSP-IHBM). Results show that the movability of the boundary of the pipe has a great influence on the vibration amplitude, bifurcation topology, and the physical meanings of the stability boundary due to different dominant nonlinear factors. This research has guidance significance for nonlinear dynamic design of fluid-conveying pipe with avoiding in the instability regions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.1
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pp.19-29
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2013
This paper deals with the study of buckling, vibration, and parametric instability characteristics in a damaged cross-ply and angle-ply laminated plate like beam under in-plane harmonic loading, using the finite element approach. Damage is modelled using an anisotropic damage formulation, based on the concept of reduction in stiffness. The effect of damage on free vibration and buckling characteristics of a thin plate like beam has been studied. It has been observed that damage shows a strong orthogonality and in general deteriorates the static and dynamic characteristics. For the harmonic type of loading, analysis was carried out on a thin plate like beam by solving the governing differential equation which is of Mathieu-Hill type, using the method of multiple scales (MMS). The effects of damage and its location on dynamic stability characteristics have been presented. The results indicate that, compared to the undamaged plate like beam, heavily damaged beams show steeper deviations in simple and combination resonance characteristics.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.134-148
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2011
In general, forces acting on aerospace structures can be divided into two categories-a) conservative forces and b) nonconservative forces. Aeroelastic effects occur due to highly flexible nature of the structure, coupled with the unsteady aerodynamic forces, causing unbounded static deflection (divergence) and dynamic oscillations (flutter). Flexible wing panels subjected to jet thrust and missile type of structures under end rocket thrust are nonconservative systems. Here the structural elements are subjected to follower kind of forces; as the end thrust follow the deformed shape of the flexible structure. When a structure is under a constant follower force whose direction changes according to the deformation of the structure, it may undergo static instability (divergence) where transverse natural frequencies merge into zero and dynamic instability (flutter), where two natural frequencies coincide with each other resulting in the amplitude of vibration growing without bound. However, when the follower forces are pulsating in nature, another kind of dynamic instability is also seen. If certain conditions are satisfied between the driving frequency and the transverse natural frequency, then dynamic instability called 'parametric resonance' occurs and the amplitude of transverse vibration increases without bound. The present review paper will discuss the aeroelastic behaviour of aerospace structures under nonconservative forces.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, Gh.
Steel and Composite Structures
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v.24
no.4
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pp.499-512
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2017
This paper deals with nonlinear dynamic stability of embedded piezoelectric nano-composite separators conveying pulsating fluid. For presenting a realistic model, the material properties of structure are assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. The separator is reinforced with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) which the equivalent material properties are obtained by mixture rule. The separator is surrounded by elastic medium modeled by nonlinear orthotropic visco Pasternak foundation. The separator is subjected to 3D electric and 2D magnetic fields. For mathematical modeling of structure, three theories of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT) are applied. The differential quadrature method (DQM) in conjunction with Bolotin method is employed for calculating the dynamic instability region (DIR). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the dynamic instability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that the magnetic and electric fields as well as SWCNTs as reinforcer are very important in dynamic instability analysis of structure.
The dynamic instability of doubly curved panels, subjected to non-uniform tensile in-plane harmonic edge loading $P(t)=P_s+P_d\;{\cos}{\Omega}t$ is investigated. The present work deals with the problem of the occurrence of combination resonances in contrast to simple resonances in parametrically excited doubly curved panels. Analytical expressions for the instability regions are obtained at ${\Omega}={\omega}_m+{\omega}_n$, (${\Omega}$ is the excitation frequency and ${\omega}_m$ and ${\omega}_n$ are the natural frequencies of the system) by using the method of multiple scales. It is shown that, besides the principal instability region at ${\Omega}=2{\omega}_1$, where ${\omega}_1$ is the fundamental frequency, other cases of ${\Omega}={\omega}_m+{\omega}_n$, related to other modes, can be of major importance and yield a significantly enlarged instability region. The effects of edge loading, curvature, damping and the static load factor on dynamic instability behavior of simply supported doubly curved panels are studied. The results show that under localized edge loading, combination resonance zones are as important as simple resonance zones. The effects of damping show that there is a finite critical value of the dynamic load factor for each instability region below which the curved panels cannot become dynamically unstable. This example of simultaneous excitation of two modes, each oscillating steadily at its own natural frequency, may be of considerable interest in vibration testing of actual structures.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.10
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pp.140-147
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1998
The dynamic behavior of elastically restrained beams under the action of distributed tangential forces is investigated in this paper. The beam, which is fixed at one end, is assumed to rest on an intermediate spring support. The governing equations of motion are derived from the energy expressions, and the finite element formulation is employed to calculate the critical distributed tangential force. Jump phenomena for the critical distributed tangential force and instability types are presented for various spring stiffnesses and support positions. Stability maps are generated by performing parametric studies to show how the distributed tangential forces affect the frequencies and the stability of the system considered. Through the numerical simulations, the following conclusioils are obtained: (i) Only flutter type instability exists for the dimensionless spring stiffness K $\leq$ 97, regardless of the position of the spring support. (ii) For the dimensionless spring stiffness K $\leq$ 98, the transition from flutter to divergence occurs at a certain position of the spring support, and the transition position moves from the free end to the free end of the beam as the spring stiffness increases. (iii) For K $\leq$ 10$^{6}$ the support condition can be regarded as a rigid support condition.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.1
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pp.1-15
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2011
This paper reviews most of the research done in the field of tensile buckling characteristics pertaining to aerospace structural elements with special attention to local buckling and parametric excitation due to periodic loading on plate and shell elements. The concepts of buckling in aerospace structures appear as the result of the application of a global compressive applied load or shear load. A less usual situation is the case, in which a global tensile stress creates buckling instability and the formation of complex spatial buckling pattern. In contrast to the case of a pure compression or shear load, here the applied macroscopic load has no compressive component and is thus globally stabilizing. The instability stems from a local compressive stress induced by the presence of a defect, such as a crack or a hole, due to partial or non-uniform applied load at the far end. This is referred to as tensile buckling. This paper discusses all aspects of tensile buckling, theoretical and experimental. Its far reaching applications causing local instability in aerospace structural components are discussed. The important effects on dynamic stability behaviour under locally induced periodic compression have been identified and influences of various parameters are discussed. Experimental results on simple and combination resonance characteristics on plate structures due to tensile buckling effects are elaborated.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.3
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pp.183-198
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2012
Dynamic buckling, also known as parametric resonance, is one of the dynamic instability phenomena which may lead to catastrophic failure of structures. It occurs when compressive dynamic loading is applied to the structures. Therefore it is essential to establish a reliable procedure to test and evaluate the dynamic buckling behaviors of structures, especially when the structure is designed to be utilized in compressive dynamic loading environment, such as supercavitating underwater vehicle. In the line of thought, a dynamic buckling test system is designed in this work. Using the test system, dynamic buckling tests including beam, plate, and stiffened plate are carried out, and the dynamic buckling characteristics of considered structures are investigated experimentally as well as theoretically and numerically.
This paper presents a numerical analysis procedure and a characteristics for dynamic of cylindrical panels. The panels with simply-simply or simply-clamped edge supports are subjectes to circumferential compressive or flexural stresses. The differential equations governing vibration and dynamic for these panels are derived by using the fundamental differential equation of the Love-Timoshenko and are solved numerically by the Galerkin method. The panel with simply-clamped edge supports is used a trigonometric function or an eigen function of a beam as a trial function and the effects of trial functions on numerical solutions are displayed. Numerical results are presented to demonstrate the effects of the flexural parameters in natural frequencies and coefficients of critical buckling, and some typical mode shapes of vibration and buckling are also presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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