Moghtaderi, Saeed H.;Faghidian, S. Ali;Shodja, Hossein M.
Steel and Composite Structures
/
제29권4호
/
pp.483-491
/
2018
Timoshenko beam model is widely exploited in the literature to examine the mechanical behavior of stubby beam-like components. Timoshenko beam theory is well-known to require the shear correction factor in order to recognize the nonuniform shear distribution at a section. While a variety of shear correction factors are appeared in the literature so far, there is still no consensus on the most appropriate form of the shear correction factor. The Saint-Venant's flexure problem is first revisited in the frame work of the classical theory of elasticity and a highly accurate approximate closed-form solution is presented employing the extended Kantorovich method. The resulted approximate solution for the elasticity field is then employed to introduce two shear correction factors consistent with the Cowper's and energy approaches. The mathematical form of the proposed shear correction factors are then simplified and compared with the results available in the literature over an extended range of Poisson's and aspect ratios. The proposed shear correction factors do not exhibit implausible issue of negative values and do not result in numerical instabilities too. Based on the comprehensive discussion on the shear correction factors, a piecewise definition of shear correction factor is introduced for rectangular cross-sections having excellent agreement with the numerical results in the literature for both shallow and deep cross-sections.
In this paper, the thermo-mechanical buckling characteristics of functionally graded (FG) size-dependent Timoshenko nanobeams subjected to an in-plane thermal loading are investigated by presenting a Navier type solution for the first time. Material properties of FG nanobeam are supposed to vary continuously along the thickness according to the power-law form and the material properties are assumed to be temperature-dependent. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal governing equations are derived based on Timoshenko beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate critical buckling temperature results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as material distribution profile, small scale effects and aspect ratio on the critical buckling temperature of the FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the thermal buckling of a FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.
An outline of the Timoshenko beam theory is presented. Two differential equations of motion in terms of deflection and rotation are comprised into single equation with deflection and analytical solutions of natural vibrations for different boundary conditions are given. Double frequency phenomenon for simply supported beam is investigated. The Timoshenko beam theory is modified by decomposition of total deflection into pure bending deflection and shear deflection, and total rotation into bending rotation and axial shear angle. The governing equations are condensed into two independent equations of motion, one for flexural and another for axial shear vibrations. Flexural vibrations of a simply supported, clamped and free beam are analysed by both theories and the same natural frequencies are obtained. That fact is proved in an analytical way. Axial shear vibrations are analogous to stretching vibrations on an axial elastic support, resulting in an additional response spectrum, as a novelty. Relationship between parameters in beam response functions of all type of vibrations is analysed.
본 연구에서는 3절점, 6자유도를 갖는, 종래의 Timoshenko 보 이론에 근거한 깊은 보(Thick beam) 요소(DB6)와 3절점, 7자유도를 갖는 3차 축방향변위를 가정한 고차 보 요소(DB7)의 3차원 연속체로부터의 Degeneration을 보여 주고 있다. DB6 보 요소는 전단변형률의 비살제적인 선형분포를 보완하기 위하여 전단계수(shear coefficient)를 도입하고 있는 반면 고차 DB7 보 요소는 보다 실제적인 전단변형률의 2차분포를 가정하고 있다. 이 들 두 보 요소를 이용하여 계산된 해(解)는 Timoshenko 방정식의 해(解), 얕은 보(Thin beam)의 해(解) 및 다른 여러 보 요소들의 해(解)와 비교된다. 본 연구의 결과는 고차 DB7 보 요소가 보의 정력화적 해석이나 자유진동 해석에 있어서 다른 보 요소들에 비해 월등히 정확함을 보여주고 있다.
In this study, a relationship between the resonance frequency ratio and Poisson's ratio was proposed that can be used to directly determine the elastic constants. Using this relationship, the frequency ratio between the 1st bending mode and 2nd bending mode for any rectangular Timoshenko beam can be directly estimated and used to determine the elastic constants efficiently. The exact solution of the Timoshenko beam vibration frequency equation under free-free boundary conditions was determined with an accurate shear shape factor. The highest percent difference for the frequency ratio between the theoretical values and the estimated values for all the beam dimensions studied was less than 0.02%. The proposed equations were used to obtain the elastic constants of beams with different material properties and dimensions using the first two measured transverse bending frequencies. Results show that using the equations proposed in this study, the Young's modulus and Poisson's ratio of rectangular Timoshenko beams can be determined more efficiently and accurately than those obtained from industry standards such as ASTM E1876-15 without the need to test the torsional vibration.
Exact solution on the anti-symmetric response of ships having uniform sectional properties in waves is derived. Boundary value problem consisted of Timoshenko beam equation and free-free end condition is solved analytically. The responses are assumed as linear and wave loads are calculated by using strip method. Horizontal bending moment, shear force and torsional moment are calculated. The developed analysis model is used for the benchmark test of the numerical codes in this problem. Also the application on the preliminary design of barge-like ships and VLFS (Very Large Floating Structure) is expected
Exact solution on the vertical responses of ships having uniform sectional properties in waves is derived. Boundary value problem consisted of Timoshenko beam equation and free-free end condition is solved analytically. The responses are assumed as linear and wave loads are calculated by using strip method. Vertical bending moment, shear force and deflection are calculated. The developed analysis model is used for the benchmark test of the numerical codes in this problem. Also the application on the preliminary design of barge-like ships and VLFS (Very Large Floating Structure) is expected.
In this paper, the thermal effect on buckling and free vibration characteristics of functionally graded (FG) size-dependent Timoshenko nanobeams subjected to an in-plane thermal loading are investigated by presenting a Navier type solution for the first time. Material properties of FG nanobeam are supposed to vary continuously along the thickness according to the power-law form and the material properties are assumed to be temperature-dependent. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal equations of motion are derived based on Timoshenko beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as thermal effect, material distribution profile, small scale effects, aspect ratio and mode number on the critical buckling temperature and normalized natural frequencies of the temperature-dependent FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the thermal buckling and vibration behaviour of a FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.
The dynamic response of a Timoshenko beam on a tensionless Pasternak foundation is investigated by assuming that the beam is subjected to a concentrated harmonic load at its middle. This action results in the creation of lift-off regions between the beam and the foundation that effect the character of the response. Although small displacements for the beam and the foundation are assumed, the problem becomes nonlinear since the contact/lift-off regions are not known at the outset. The governing equations of the beam, which are coupled in deflection and rotation, are obtained in both the contact and lift-off regions. After removing the coupling, the essentials of the problem (the contact regions) are determined by using an analytical-numerical method. The results are presented in figures to demonstrate the effects of some parameters on the extent of the contact lengths and displacements. The results are also compared with those of Bernoulli-Euler, shear, and Rayleigh beams. It is observed that the solution is not unique; for a fixed value of the frequency parameter, more than one solution (contact length) exists. The contact length of the beam increases with the increase of the frequency and rotary-inertia parameters, whereas it decreases with increasing shear foundation parameter.
Dynamic behaviour of beam carrying masses has attracted attention of many researchers and engineers. Many studies on the analytical solution of beam with concentric tip mass have been published. However, there are limited works on vibration analysis of beam with an eccentric three dimensional object. In this case, bending and torsional deformations of beam are coupled due to the boundary conditions. Analytical solution of equations of motion of the system is complicated and lengthy. Therefore, in this study, Differential Transform Method (DTM) is applied to solve the relevant equations. First, the Timoshenko beam with 3D tip attachment whose centre of gravity is not coincident with beam end point is considered. The beam is assumed to undergo bending in two orthogonal planes and torsional deformation about beam axis. Using Hamilton's principle the equations of motion of the system along with the possible boundary conditions are derived. Later DTM is applied to obtain natural frequencies and mode shapes of the system. According to the relevant literature DTM has not been applied to such a system so far. Moreover, the problem is modelled by Ansys, the well-known finite element method, and impact test is applied to extract experimental modal data. Comparing DTM results with finite element and experimental results it is concluded that the proposed approach produces accurate results.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.