The purpose of this paper is to investigate the free vibration characteristics of tapered beams with translational and rotational springs and tip masses at the ends. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest three natural frequencies are calculated over a wide range of non-dimensional system parameters: the translational spring parameter, the rotational spring parameter, the mass ratio and the dimensionless mass moment of inertia.
본 연구의 목적은 유연 우주구조물이 급격한 열적 환경에 의해 발생되는 진동을 수치적인 계산과 실험을 통해 규명하는데 있다. 단순화한 유연 구조물에 대해 수치적인 접근과 지상 실험실에서 실험한 데이터를 비교 분석하였다. 분석결과 유연 구조물이 급속한 복사 열에 의해 열적 모멘트에 의한 열적 변위가 발생하고 온도의 미소한 주기적 변화로 열 유기 진동이 발생함이 밝혀졌다. 수치해석치와 실험치를 비교한 결과 끝단질량이 없는 경우, 1차 모드 진동수는 0.78Hz로 두 값이 일치하였으나, 끝단 질량이 있는 경우, 끝단 질량이 각각 8g, 16g, 50g, 100g으로 증가할 때 1차 모드의 진동수에 있어 예측치는 1.75Hz, 1.3Hz, 0.87Hz, 0.73Hz이고 실험치는 2.34Hz, 1.5Hz, 0.78Hz, 0.78Hz로 감소하는 경향을 보이며 비록 예측치가 단순화 공식을 이용함에도 불구하고 실험치에 근접하였다.
The paper discussed the effect of a tip mass on the stability of pipes on elastic foundations. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. With or without internal damping, the critical flow velocities of the pipes are investigated according to the variation of elastic foundation parameters and tip mass ratios. Also. the relationship between the eigenvalue branches and the corresponding flutter modes of the cantilevered pipes with a tip mass on the elastic foundations is fully investigated.
The paper describes the relationship between the eigenvalue branches and the corresponding flutter modes of cantilevered pipes with a tip mass conveying fluid. Governing equations of motion are derived by extended Hamilton's principle, and the numerical scheme using finite element method is applied to obtain the discretized equations. The flutter configurations of the pipes at the critical flow velocities are drawn graphically at every twelfth period to define the order of quasi-mode of flutter configuration. The critical mass ratios, at which the transference of the eigenvalue branches related to flutter takes place. are definitely determined. Also, in the case of haying internal damping, the critical tip mass ratios, at which the consistency between eigenvalue braches and quasi-modes occurs. are thoroughly obtained.
This paper deals with adaptive fuzzy logic controller design to achieve proper dynamic response of a composite thin-walled beam with a tip mass. In order to check the effectiveness of this controller, three different types of control logic are selected and applied. The adaptive control capabilities provided by a system of piezoactuators bonded or embedded into the structure are also implemented in the system. Results show that the fuzzy logic controller is more effective than the proportional or velocity feedback controller for the vibration control of composit thin-walled beam with a tip mass.
The vibration analysis of a rotating cantilever beam with tip mass was studied by using DTM(differential transformation method). DTM is one of the numerical methods, for finding series solutions by transforming differential equations to algebraic ones similar with Laplace transform. The advantages of the DTM are that it is easy to understand and is effective in finding numerical solutions. Applying DTM, the natural frequencies of a rotating cantilever beam were obtained taking into consideration the effects of tip mass. Also, convergence study of DTM was performed to decide the number of terms used in eigenvalue problems. Numerical results obtained by DTM show good agreement with those by other methods. As a result, it is expected that DTM can be a useful method in vibration analysis such as that of a rotating cantilever beam with tip mass.
전 세계적으로 사회기반시설 및 신재생 에너지 생산을 위한 공간부족 문제를 해결하기 위하여 초대형 부유구조물에 대한 관심이 증가하고 있다. 다양한 사용분야에 대한 안정성 확보를 위해 파랑하중에 의한 동적 응답과 부유체의 강성 대비 길이 효과로 인해 발생할 수 있는 특이 거동에 대한 분석이 필요하다. 초대형 부유구조물의 경우 중앙부에 비해 양끝 단에서 과도한 응답이 발생하며, 이를 해결하기 위해 입사파가 들어오는 초대형 부유구조물의 단부에 부착되는 다양한 감요장치(anti-motion device)가 제안되어지고 있다. 초대형 부유구조물에 감요장치가 적용될 경우 입사파에 의한 동적 파압을 감소시켜 구조물의 전반적인 응답을 줄여줄 수는 있지만 감요장치의 질량이 클 경우 오히려 끝단의 응답을 증폭시킬 수 있다. 본 논문에서는 양단 자유 경계조건의 탄성지지된 보를 이용하여 초대형 부유구조물의 길이와 끝단에 부착된 감요장치의 질량으로 인한 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 차량 하중에 의해 압전체가 변형되어 전기에너지를 발생시키는 도로용 압전에너지 하베스터를 개발하기위한 설계 및 실험을 진행하였다. 최대의 전기에너지가 발생되도록 압전사각 시트를 닥터브레이드로 제작하여, 이를 강판에 부착하고 고유주파수를 낮추기 위해 끝단에 질량을 달아 캔틸레버형태의 구조로 제작하였으며 끝단 질량의 변화와 가진주파수에 따른 발전특성을 비교하였다. 이로써 도로용 센서 및 방향지시등의 전원으로 사용하기 위한 도로매설용 압전 에너지 하베스터의 타당성을 확인하였다.
The vibrational system of this study consists of a cantilever pipe conveying fluid, the moving masses upon it and having an attached tip mass. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influences of the velocity and the inertia force of the moving mass and the velocities of fluid flow in the pipe have been studied on the dynamic behavior and the natural frequency of a cantilever pipe by numerical method. The deflection of the cantilever pipe conveying fluid is increased due to the tip mass and rotary Inertia. After the moving mass passed upon the cantilever pipe, the amplitude of pipe is influenced by energy variation when the moving mass fall from the cantilever pipe. As the moving mass increase, the frequency of the cantilever pipe conveying fluid is increased. The rotary inertia of the tip mass influences much on the higher frequencies and vibration mode.
In this paper the vibration analysis of cantilever beams having a concentrated tip mass and an open crack are performed. The influences of a concentrated tip mass, the crack depth, and the crack position on the natural frequencies of the cracked cantilever beam are investigated by a numerical method. The cracked cantilever beam is modeled based on the Euler-Bernoulli beam theory. The flexibility due to crack is calculated using a fracture mechanics theory. The crack is assumed to be opened during the vibrations. The results obtained by the present method were compared with experimental results to verify the theory. As inspected, as the crack depth and the concentrated tip mass increase, the natural frequencies of the beam decrease. In general, the natural frequencies of the cantilever beam are more sensitive to the depth of the crack than the position of the crack.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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