• 한국소음진동공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.281-289
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• 2016

In this paper, a new dynamic model for modal analysis of a rotating cantilever beam with a tip-mass is developed. The nonlinear strain such as von Karman type and the corresponding linearized stress are used to consider the geometric nonlinearity, and Euler-Bernoulli beam theory is applied in the present model. The nonlinear equations of motion and the associated boundary conditions which include the inertia of the tip-mass are derived through Hamilton's principle. In order to investigate modal characteristics of the present model, the linearized equations of motion in the neighborhood of the equilibrium position are obtained by using perturbation technique to the nonlinear equations. Since the effect of the tip-mass is considered to the boundary condition of the flexible beam, weak forms are used to discretize the linearized equations. Compared with equations related to stiffening effect due to centrifugal force of the present and the previous model, the present model predicts the dynamic characteristic more precisely than the another model. As a result, the difference of natural frequencies loci between two models become larger as the rotating speed increases. In addition, we observed that the mode veering phenomenon occurs at the certain rotating speed.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.620-628
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• 2005

In this paper, we studied about the dynamic behavior of a cracked rotating cantilever beam. The influences of a rotating angular velocity, the crack depth and the crack position on the dynamic behavior of a cracked cantilever beam have been studied by the numerical method. The equation of motion is derived by using the Lagrange's equation. The cracked cantilever beam is modeled by the Euler-Bernoulli beam theory. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. The lateral tip-displacement and the axial tip-deflection of a rotating cantilever beam is more sensitive to the rotating angular velocity than the depth and position of crack. Totally, as the crack depth is increased, the natural frequency of a rotating cantilever beam is decreased in the first and second mode of vibration. When the crack depth is constant, the natural frequencies of a rotating cantilever beam are proportional to the rotating angular velocity in the each direction.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 춘계학술대회논문집
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• pp.1360-1365
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• 2006

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.

• 한국정밀공학회지
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• 제17권11호
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• pp.176-184
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• 2000

Recently, it becomes a very important issue to consider the mechanical systems such as high-speed vehicle and railway train moving on a flexible beam structure. Using general approach proposed in the first part of this paper, it tis possible to predict planar motion of constrained mechanical system and elastic structure with various kinds of foundation supporting condition. Combined differential-algebraic equations of motion derived from both multibody dynamics theory and Finite Element Method can be analyzed numerically using generalized coordinate partitioning algorithm. To verify the validity of this approach, results from simply supported elastic beam subjected to a moving load are compared with exact solution from a reference. Finally, parameter study is conducted for a moving vehicle model on a simply supported 3-span bridge.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권4호
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• pp.381-387
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• 2016

본 논문에서는 생브낭의 원리가 근본적으로 구조물의 거동 예측에 잠재적으로 적용되어 있다는 점에 착안하여, 응력해석에 국한되어 있던 방법론을 자유진동 및 좌굴 문제 등에 적용하여 고전 보 이론의 정확도를 고차이론 수준으로 개선한다. 먼저 생브낭의 원리를 소개하고, 고전 보 이론에 의한 자유진동 그리고 좌굴해석 정식화를 진행하였다. 고전 보 이론의 변위장에 워핑함수와 섭동항을 추가하고, 합응력 등가(즉, 생브낭의 원리)를 적용하여 섭동항을 찾는다. 여기서 워핑함수들은 응력 평형방정식을 통하여 계산하였으며, 이 워핑함수들은 추가된 섭동항에 의하여 보의 응력 평형을 만족하게 된다. 제안된 방법론을 외팔보와 단순지지 보 문제에 적용하여 주파수 및 좌굴하중을 개선하였으며, 전단수정계수의 도입 없이 예측을 개선할 수 있음을 보였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제25권12호
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• pp.866-873
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• 2015

The transverse vibration of the deploying beam from rigid hub was analyzed by simulation and experiment. The linear governing equation of the deploying beam was obtained using the Euler-Bernoulli beam theory. To discretize the governing equation, the Galerkin method was used. After transforming the governing equation into the weak form, the weak form was discretized. The discretized equation was expressed by the matrix-vector form, and then the Newmark method was applied to simulate. To consider the damping effect of the beam, we conducted the modal test with various beam length. The mass proportional damping was selected by the relation of the first and second damping ratio. The proportional damping coefficient was calculated using the acquired natural frequency and damping ratio through the modal test. The experiment was set up to measure the transverse vibration of the deploying beam. The fixed beam at the carriage of the linear actuator was moved by moving the carriage. The transverse vibration of the deploying beam was observed by the Eulerian description near the hub. The deploying or retraction motion of the beam had the constant velocity and the velocity profile with acceleration and deceleration. We compared the transverse vibration results by the simulation and experiment. The observed response by the Eulerian description were analyzed.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.279-286
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• 2020

본 연구에서는 점근해석 및 논로컬 이론에서 요구하는 4차 이상의 고차 미분근사를 수행하기 위하여 계방정식에 혼합변분이론을 적용하여 MLS 차분법으로부터 구해지는 고차 미분근사의 정확도를 큰 폭으로 향상시킨다. 또한, MLS 차분법에 존재하는 세 가지 조건변수에 따른 고차미분근사의 정확도를 비교·분석한다. 혼합변분이론의 합응력을 후처리하여 변위의 미분을 근사할 경우 기존의 변위장 기반 계방정식의 차분 결과에 비해 미분 차수가 2차 낮아진다. 해석 범위내 절점 수가 과도하게 많거나 기저 차수가 클 경우 MLS 차분법의 영향영역 내에서 과적합(overfitting)이 발생한다. 또한 영향영역이 최적 범위 이상으로 넓어질 경우 근사의 정확도가 떨어진다. 위 내용을 사인 하중을 받는 단순지지보 수치예제로부터 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.381-388
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• 2018

본 논문은 고전적인 오일러-베르누이 보의 집중소성힌지 모델링을 위한 일반유한요소법을 제안한다. 이 기법에서 소성힌지는 해의 약불연속을 묘사하는 적절한 확장함수에 의해 모델링되며, 요소간의 연결성을 변화시키지 않으면서 임의의 위치에 소성힌지를 삽입하는 것이 가능하다. 대신 소성힌지는 이미 존재하는 요소에 위계적으로 자유도를 추가함으로써 형성된다. 제안된 기법의 유효성을 검증하기 위해 수치해석 예제에 대해 h-, p-확장과 같은 수렴성 해석을 수행하였다. 수렴성 해석의 결과가 제안된 기법이 소성힌지가 절점 및 요소 내의 임의의 위치에 존재하는 두 가지 경우 모두에 대하여 유한요소이론에 의한 수렴속도를 얻을 수 있음을 보여주어 기법의 정확성을 입증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.105-113
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• 2018

교량 내하력 추정을 위해 제안된 모델에서는 응답계수를 충격계수 응답스펙트럼을 활용하여 산정하고 있다. 이때 충격계수 응답스펙트럼은 오일러-베르누이 보 모델을 바탕으로 차량이동하중이 교량의 폭 방향으로 중앙부에 재하 된 조건으로 생성된 결과이다. 따라서 중앙부 차량재하가 아닌 편측 이동하중재하 시 충격계수와 응답계수의 변화를 분석해 볼 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 폭이 10m인 2차선 단순교를 대상으로 이동하중해석을 실시하여 최대 충격계수와 응답계수 변화를 분석하였다. 수치해석 결과, 중앙부 재하조건 대비 편측 재하조건 적용 시 최대 정적 및 동적 변위 모두 증가하지만 동적변위 보다 정적변위의 증가량이 더 크기 때문에 충격계수는 오히려 감소하게 된다. 하지만 이러한 차이는 0.5%p 미만으로서 그 영향이 크지 않다. 그리고 응답계수의 경우, 편측 재하조건으로 인해 정적응답계수보다 동적응답계수에서 차이가 더 크게 나타나지만 편측 재하에 따른 오차율의 차이는 0.18%p 정도로 매우 작았다. 즉, 편측 이동하중재하가 응답계수에 미치는 영향은 거의 없으며, 응답계수 산정에 있어서 중앙부 이동하중재하 조건으로 생성된 충격계수 응답스펙트럼을 활용하여도 충분한 예측이 가능하다고 판단된다.