In this paper, a modal analysis is applied for a hung Euler-Bernoulli beam with a lumped mass. We first derive the equations of motion using the Hamilton's principle. Then regarding the tension of beam as constant, we characterize the eigenfrequencies and the feature of eigenfunctions. The approximation employed here is corresponding that the lumped mass is sufficiently large than that of beam. Finally we compare the eigenfrequencies derived here with those obtained based on the Southwell's method.
Zhou, Linyun;Moradi, Zohre;Al-Tamimi, Haneen M.;Ali, H. Elhosiny
Steel and Composite Structures
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v.44
no.1
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pp.17-31
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2022
This investigation studies the characteristics of wave dispersion in sigmoid functionally graded (SFG) curved beams lying on an elastic substrate for the first time. Homogenization process was performed with the help of sigmoid function and two power laws. Moreover, various materials such as Zirconia, Alumina, Monel and Nickel steel were explored as curved beams materials. In addition, curved beams were rested on an elastic substrate which was modelled based on Winkler-Pasternak foundation. The SFG curved beams' governing equations were derived according to Euler-Bernoulli curved beam theory which is known as classic beam theory and Hamilton's principle. The resulted governing equations were solved via an analytical method. In order to validate the utilized method, the obtained outcomes were compared with other researches. Finally, the influences of various parameters, including wave number, opening angle, gradient index, Winkler coefficient and Pasternak coefficient were evaluated and indicated in the form of diagrams.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.130-135
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1998
The Reciprocating compressor are widely used in the refrigeration field for its simplicity in principle and high efficiency. In this work, we developed a mathematical model of a reciprocating compressor. The suction and discharge valves are modeled by the spring-mass-damper systems. The working fluid flow is derived from unsteady Bernoulli's equation. With the design parameters, the valve motions and pressure fluctuations are studied numerically and experimentally.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.679-680
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2011
The Forced vibration characteristics of elastically restrained pipe conveying fluid with the attached mass are investigated in this paper. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by using Hamilton's principle. The effect of attached mass and spring constant on forced vibration of pipe system is studied. Also, the critical flow velocities and stability maps of the valve-pipe system are obtained as each parameters.
Larbi, Latifa Ould;Hadji, Lazreg;Meziane, Mohamed Ait Amar;Adda Bedia, E.A.
Wind and Structures
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v.27
no.4
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pp.247-254
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2018
In this paper, a simple first-order shear deformation theory is presented for dynamic behavior of functionally graded beams. Unlike the existing first-order shear deformation theory, the present one contains only three unknowns and has strong similarities with the classical beam theory in many aspects such as equations of motion, boundary conditions, and stress resultant expressions. Equations of motion and boundary conditions are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions of simply supported FG beam are obtained and the results are compared with Euler-Bernoulli beam and the other shear deformation beam theory results. Comparison studies show that this new first-order shear deformation theory can achieve the same accuracy of the existing first-order shear deformation theory.
In this work, a new trigonometry theory of shear deformation is developed for the static analysis of thick isotropic beams. The number of variables used in this theory is identical to that required in the theory of Euler-Bernoulli, sine function is used in the displacement field in terms of the coordinates of the thickness to represent the effects of shear deformation. The advantage of this theory is that shear stresses can be obtained directly from the relationships constitute, while respecting the boundary conditions at the free surface level of the beam. Therefore, this theory avoids the use of shear correction coefficients. The differential equilibrium equations are obtained using the principle of virtual works. A thick isotropic beam is considered, whose numerical study to show the effectiveness of this theory.
We can easily see the 'cycloid slide' in the many mathematics and science museums. The educational materials, however, do not give us any mathematical principle. For this reason, we, in this thesis, first study the brachistochrone problem in the history of mathematics, and suggest a method of how to teach the principle using 'the dynamic geometry software GSP5' in order to help students understand the idea that the cycloid is the brachistochrone. Secondly, we examine the origin of the calculus of variations and apply it to prove the brachistochrone problem in order to build up the teachers' background knowledge. This allows us to increase the worth of history of mathematics and recognize how useful the learning is which uses technological tools or materials, and we can expect that the learning which makes use of cycloid slide will be meaningful.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.71-81
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2008
This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.11
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pp.1157-1169
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2008
This paper presents spectral element formulation which approximates Lamb wave propagation by PZT transducers bonded on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by a piezoelectric (PZT) layer rigidly bonded on a base plate. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Euler-Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with the electro-mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are obtained through equations of motions converted into frequency domain. Detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through numerical examples.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.381-387
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2016
In this paper, the methodology applied to the improvement of stress analyses is extended to free vibration and buckling analyses. The essence of the methodology is the Saint-Venant's principle that is applicable to beam and plate models. The principle allows one to dimensionally reduce three-dimensional elasticity problems. Thus the methodology can be employed to vibration and buckling as well as stress analysis. First, the principle is briefly revisited, and then the formations of classical beam theories are presented. To improve the predictions, the perturbed terms (unknowns) are introduced together with the warping functions that are calculated by stress equilibrium equations. The unknowns are then calculated by applying the equivalence of stress resultants (i.e., Saint-Venant's principle). As numerical examples, cantilever and simply supported beams are analytically solved. The results obtained are compared with those of the classical beam theories. It is shown that the methodology can be used to improve the predictions without introducing shear correction factors.
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