In this paper, the algorithm for the static analysis of an axisymmetric cylindrical shell by using the finite element-transfer stiffness coefficient method (FE-TSCM) is suggested. TE-TSCM combining both the modeling procedure of the finite element method (FEM) and the transfer procedure of the transfer stiffness coefficient method (TSCM) has the advantages of FEM and TSCM. After computational programs are made by both FE-TSCM and FEM for the stress analysis of the axisymmetric cylindrical shell, we compare the numerical results by FE-TSCM with those of FEM for two computational models in order to confirm the trust of FE-TSCM.
A finite element model of a beam element with flexible connections is used to investigate the effect of the randomness in the stiffness values on the modal properties of the structural system. The linear behavior of the connections is described by a set of random fixity factors. The element mass and stiffness matrices are function of these random parameters. The associated eigenvalue problem leads to eigenvalues and eigenvectors which are also random variables. A second order perturbation technique is used for the solution of this random eigenproblem. Closed form expressions for the 1st and 2nd order derivatives of the element matrices with respect to the fixity factors are presented. The mean and the variance of the eigenvalues and vibration modes are obtained in terms of these derivatives. Two numerical examples are presented and the results are validated with those obtained by a Monte-Carlo simulation. It is found that an almost linear statistical relation exists between the eigenproperties and the stiffness of the connections.
In the present research, fatigue behavior of chopped strand mat/epoxy composites has been studied with two different techniques. First, the normalized stiffness degradation approach as a well-known model for unidirectional and laminated composites was utilized to predict the fatigue behavior of chopped strand mat/epoxy composites. Then, the capability of the fatigue damage accumulation model for chopped strand mat/epoxy composites was investigated. A series of tests has been performed at different stress levels to evaluate both models with the obtained results. The results of evaluation indicate a better correlation of the normalized stiffness degradation technique with experimental results in comparison with the fatigue damage accumulation model.
This paper presents a modeling method for the vibration analysis of rotating cantilever beams considering the elastic foundation effect. Mass and stiffness matrices are derided explicitly by considering coupling effect between stretching and bonding motion. Numerical results show that the bending direction elastic foundation stiffness influences the vibration characteristics significantly in practical range of beam configuration. The ranges of elastic foundation stiffness to avoid the dynamic buckling are also presented. The method presented in this paper can be used to predict the variations of natural frequencies of rotating cantilever beams with elastically restrained root.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.9
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pp.674-684
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2002
In order to decrease remarkably the computation time and storage used in the direct integration method without the loss of accuracy, authors suggest a new transient analysis algorithm. This algorithm is derived from the combination of three techniques, that is, the transfer technique of the transfer stiffness coefficient method, the modeling technique of the finite element method, and the numerical integration technique of the Newmark method. In this paper, the transient analysis algorithm of a frame structure is formulated by the proposed method. The accuracy and computation efficiency of the proposed method are demonstrated through the comparing with the computation results by the direct integration method for three computation models under various excitations.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.161-169
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2002
Based on the analytic expression for the elasto-dynamic behavior of rotating shaft, the transfer matrix is formulated for the shaft element with uniform cross-section. Timoshenko beam theory is Introduced for modeling the behavior of shaft. Complex variables representing the displacement, slope, moment and shear force are used for deriving the transfer matrix between both ends of the shaft element. Simulation result obtained by applying the transfer matrix to a general rotor model is compared with the reference result and proved to be exact. Natural frequencies and the corresponding modes are analyzed with varying the bearing: stiffness. The generally used bearings are considered for discussions. and the bearing stiffness is shown to affect the vibration characteristics of rotor.
In the present work, structural joints have been modeled as a pair of translational and rotational springs and frequency equation of the overall system has been developed using sub-structure synthesis. It is shown that using first few natural frequencies of the system, one can obtain a set of over-determined system of equations involving the unknown stiffness parameters. Method of multi-linear regression is then applied to obtain the best estimate of the unknown stiffness parameters. The estimation procedure has been developed first for a two parameter joint model and then for a three parameter model, in which cross coupling terms are also included. Two cases of structural connections have been considered, first with a cantilever beam with support flexibility and then a pair of beams connected through lap joint. The validity of the proposed method is demonstrated through numerical simulation and by experimentation.
Tendon elasticity is an important factor affecting muscle function and thus human movements. It has been reported that the mechanical properties of tendon are adaptable to external loading condition. Based on the adaptability of muscle and tendon to external loading conditions, one can assume that there might be an optimum ratio between muscle strength and tendon stiffness. The present study aimed to investigate whether there is correlation between plantar flexor muscle strength and stiffness of the achilles tendon (AT). Twenty two male subjects (age: $23.2{\pm}1.5yrs$, height: $175.5{\pm}6.2cm$, weight: $75.4{\pm}9.8kg$) performed maximum voluntary isometric plantarflexion on a custom-built dynamometer and muscle-tendon junction of the medial gastrocnemius muscle was simultaneously monitored using a real-time ultrasound imaging machine. The averages of muscle force and tendon stiffness were $366.38{\pm}79.37N$, $35.34{\pm}10.42N/mm$, respectively. Significant positive correlation was observed between muscle strength and tendon stiffness (r=0.8507), indicating that the muscle force is proportional to tendon stiffness. The results might have been used in computational modeling and criterion of training progress level in the fields of training and rehabilitation.
Jouneghani, Habib Ghasemi;Fanaie, Nader;Haghollahi, Abbas
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.437-454
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2022
Elliptic-braced simple resisting frame as a new lateral bracing system installed in the middle bay of frame in building facades has been recently introduced. This system not only creates a problem for opening space from the architectural viewpoint but also improves the structural behavior. Despite the researches on the seismic performance of lateral bracing systems, there are few studies performed on the effect of the stiffness parameters on the elastic story drift and calculation of period in simple braced steel frames. To overcome this shortcoming, in this paper, for the first time, an analytical solution is presented for calculating elastic lateral stiffness in a simple steel frame equipped with elliptic brace subjected to lateral load. In addition, for the first time, in this study, a precise formulation has been developed to evaluate the elastic stiffness variation in a steel frame equipped with a two-dimensional single-story single-span elliptic brace using strain energy and Castigliano's theorem. Thus, all the effective factors, including axial and shear loads as well as bending moments of elliptic brace could be considered. At the end of the analysis, the lateral stiffness can be calculated by an improved and innovative relation through the energy method based on the geometrical properties of the employed sections and specification of the used material. Also, an equivalent element of an elliptic brace was presented for the ease of modeling and use in linear designs. Application of the proposed relation have been verified through a variety of examples in OpenSees software. Based on the results, the error percentage between the elastic stiffness derived from the developed equations and the numerical analyses of finite element models was very low and negligible.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.519-522
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2006
Accurate modeling of a dynamic system from experimental data is the bases for the model updating or heath monitoring of the system. Modal analysis or modal test is a routine process to get the modal parameters of a dynamic system. The modal parameters include the natural frequencies, damping ratios and mode shapes. This paper presents a new method that can derive the equations of motion for a dynamic system from the modal parameters obtained by the modal analysis or modal test. The present method based on the relation between the eigenvalues and eigenvectors of the state space equation derives the mass, damping and stiffness matrices of the system. The modeling of a cantilevered beam from modal parameters is an example to prove the efficiency and accuracy of the present method. Using the lateral displacements only, not the rotations, gives limited information for the system. The numerical verification up to now gives reasonable results and the verification with the test data is scheduled.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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