In this study, a transfer matrix method in which can produce an infinite number of accurate natural frequencies using a single element for the bending vibration of rotating Bernoulli-Euler beam with linearly reduced width, is developed. The roots of the differential equation in the proposed method are calculated using the Frobenius method in the power series solution. To demonstrate the accuracy of the method, the calculated natural frequencies are compared with the results given by using the commercial finite element analysis program(ANSYS), and the comparison results between these two methods show the excellent agreement. Based on the comparison results, a parametric study is performed to investigate the effect of the centrifugal forces on the non-dimensional natural frequencies for rotating beam with the variable width.
Multispan suspension bridges make a good alternative to single-span ones if the crossed strait or river width exceeds 2-3 km. However, multispan three-tower suspension bridges are found to be very sensitive to the wind load due to the lack of effective longitudinal constraint at their central tower. Moreover, at certain critical wind speed values, the aerostatic instability with sharply deteriorating dynamic characteristics may occur with catastrophic consequences. An attempt of an in-depth study on the aerostatic stability mode and damage mechanism of three-tower suspension bridges is made in this paper based on the assessment of strain energy and dynamic characteristics of three particular three-tower suspension bridges in China under different wind speeds and their further integration into the aerostatic stability analysis. The results obtained on the three bridges under study strongly suggest that their aerostatic instability mode is controlled by the coupled action of the anti-symmetric torsion and vertical bending of the two main-spans' deck, together with the longitudinal bending of the towers, which can be regarded as the first-order torsion vibration mode coupled with the first-order vertical bending vibration mode. The growth rates of the torsional and vertical bending strain energy of the deck after the aerostatic instability are higher than those of the lateral bending. The bending and torsion frequencies decrease rapidly when the wind speed approaches the critical value, while the frequencies of the anti-symmetric vibration modes drop more sharply than those of the symmetric ones. The obtained dependences between the critical wind speed, strain energy, and dynamic characteristics of the bridge components under the aerostatic instability modes are considered instrumental in strength and integrity calculation of three-tower suspension bridges.
In general, a fundamental structural design consideration for an automobile is the overall dynamic behavior in bending and torsion. Dynamic behavior of the automobile are mainly influenced by the structural stiffness of B.I.W.(body-in-white) and the physical property of trim components. In this paper, the modeling techniques for various trim components of middle-sized bus are presented, and the dynamic effects of the trim components on the vibration characteristics of the bus are investigated. The $1^{st}$ torsional frequency is decreased by attaching windshield and backlite to the B.I.W., but the $1^{st}$ vertical bending frequency and the $1^{st}$ lateral bending frequency are increased. The natural frequencies of the bus are decreased by attaching doors and windows. And also, the natural frequencies of the bus are large decreased by attaching seats, instrument panel etc. The study shows that the dynamic characteristics of the bus can be effectively predicted in the initial design stage.
In this paper, a refined exponential shear deformation beam theory is developed for bending analysis of functionally graded beams. The theory account for parabolic variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Contrary to the others refined theories elaborated, where the stretching effect is neglected, in the current investigation this so-called "stretching effect" is taken into consideration. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for static are obtained. Numerical examples are presented to verify the accuracy of the present theory.
Zaoui, Fatima Zohra;Tounsi, Abdelouahed;Ouinas, Djamel;Olay, Jaime A. Vina
Structural Engineering and Mechanics
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제74권1호
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pp.105-119
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2020
In this work, a novel higher-order shear deformation theory (HSDT) for static and free vibration analysis of functionally graded (FG) plates is proposed. Unlike the conventional HSDTs, the proposed theory has a novel displacement field which includes undetermined integral terms and contains fewer unknowns. Equations of motion are obtained by using Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and dynamic investigation are determined for simply supported FG plates. The computed results are compared with 3D and quasi-3D solutions and those provided by other plate theories. Numerical results demonstrate that the proposed HSDT can achieve the same accuracy of the conventional HSDTs which have more number of variables.
The transfer matrix method is used to determine the dynamic characteristics(natural frequencies and mode shapes) by rotational speed of wind turbine blade. The problems treated on this study is coupled flapwise bending and chordwise bending of pre-twisted nonuniform wind turbine blade. The orthogonality relations that exist between the vibrational modes is derived and the algorithm for determination of the natural vibrational characteristics is suggested.
This paper proposes a new nonlocal higher-order hyperbolic shear deformation beam theory (HSBT) for the static bending and vibration of nanoscale-beams. Eringen's nonlocal elasticity theory is incorporated, in order to capture small size effects. In the present model, the transverse shear stresses account for a hyperbolic distribution and satisfy the free-traction boundary conditions on the upper and bottom surfaces of the nanobeams without using shear correction factor. Employing Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion are derived. The governing equations are solved analytically for the edges of the beam are simply supported, and the obtained results are compared, as possible, with the available solutions found in the literature. Furthermore, the influences of nonlocal coefficient, slenderness ratio on the static bending and dynamic responses of the nanobeam are examined.
This paper aims to investigate the free vibration analysis of FG plates, taking into account the effects of even and uneven porosity. The study employs the Hellinger-Reisner functional and obtains the element's bending stress and membrane stress fields from the analytical solution of the governing equations of the thick plate and plane problem, respectively. The displacement field serves as the second independent field. While few articles on free vibration analysis of circular plates exist, this paper investigates the free vibration of both rectangular and circular plates. After validating the proposed element, the paper investigates the effects of porosity distributions on the natural frequency of the FG porous plate. The study calculates the natural frequency of thin and thick bending plates with different aspect ratios and support conditions for various porosity and volume fraction index values. The study uses three types of porosity distributions, X, V, and O, for the uneven porosity distribution case. For O and V porosity distribution modes, porosity has a minor effect on the natural frequency for both circular and rectangular plates. However, in the case of even porosity distribution or X porosity distribution, the effect of porosity on the natural frequency of circular and rectangular plates increases with an increase in the volume fraction index.
A modeling method for the vibration analysis of rotating composite cantilever plates is presented. Explicit mass and stiffness matrices are derived by considering the coupling effects between extensional motions and the bending motion, To confirm the accuracy of the method presented in this study, numerical results are obtained and compared to those of a commercial program. Numerical results show that the coupling effect among the three motions becomes important for the accurate estimation of natural frequencies as laminates are stacked up unsymmetrically. Also, natural frequencies loci veering, loci crossing, and mode shape variations are observed.
In this paper, the vibration for a pickup actuator is described by mathematically analyzing its suspension configuration and motion, confined to lateral and torsional directions of suspensions. In order to prove the accuracy of this result, it is compared to a finite element analysis. Also it is shown that modal frequencies can be modified by changing design parameters in mathematical motion expressions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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