Jeong, Jin Seob;Lee, Byoung Koo;Kim, Gwon Sik;Kim, Jong Ung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.6
s.79
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pp.699-705
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2005
This paper investigates critical loads of tapered cantilever columns with a tip mass, subjected to a follower force. The linearly tapered solid rectangular cross-sections are adopted as the column taper. The differential equation governing free vibrations of such columns, also called Beck's columns, is derived using the Bernoulli-Euler beam theory. Both divergence and flutter critical loads are calculated from the load-frequency curves that are obtained by solving the differential equation. The critical loads are presented as functions of various non-dimensional system parameters, namely, the taper type, the subtangential parameter, and the mass ratio.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.105-120
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2018
In this paper, the nonlinear free and forced vibration responses of sandwich nano-beams with three various functionally graded (FG) patterns of reinforced carbon nanotubes (CNTs) face-sheets are investigated. The sandwich nano-beam is resting on nonlinear Visco-elastic foundation and is subjected to thermal and electrical loads. The nonlinear governing equations of motion are derived for an Euler-Bernoulli beam based on Hamilton principle and von Karman nonlinear relation. To analyze nonlinear vibration, Galerkin's decomposition technique is employed to convert the governing partial differential equation (PDE) to a nonlinear ordinary differential equation (ODE). Furthermore, the Multiple Times Scale (MTS) method is employed to find approximate solution for the nonlinear time, frequency and forced responses of the sandwich nano-beam. Comparison between results of this paper and previous published paper shows that our numerical results are in good agreement with literature. In addition, the nonlinear frequency, force response and nonlinear damping time response is carefully studied. The influences of important parameters such as nonlocal parameter, volume fraction of the CNTs, different patterns of CNTs, length scale parameter, Visco-Pasternak foundation parameter, applied voltage, longitudinal magnetic field and temperature change are investigated on the various responses. One can conclude that frequency of FG-AV pattern is greater than other used patterns.
In this study, a new strategy is presented to transmit the fundamental elastic beam problem into the modern optimization platform and solve it by using artificial intelligence (AI) tools. As a practical example, deflection of Euler-Bernoulli beam is mathematically formulated by 2nd-order ordinary differential equations (ODEs) in accordance to the classical beam theory. This fundamental engineer problem is then transmitted from classic formulation to its artificial-intelligence presentation where the behavior of the beam is simulated by using neural networks (NNs). The supervised training strategy is employed in the developed NNs implemented in the heuristic optimization algorithms as the fitness function. Different evolutionary optimization tools such as genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) are used to solve this non-linear optimization problem. The step-by-step procedure of the proposed method is presented in the form of a practical flowchart. The results indicate that the proposed method of using AI toolsin solving beam ODEs can efficiently lead to accurate solutions with low computational costs, and should prove useful to solve more complex practical applications.
Recently, the application of viscoelastic material in the field of vibration isolation has gradually increased due to its achievement in structural damping capacity, and many of the theoretical and experimental study has been carried out. In this study, the dynamic characteristics of the visoelastically supported cantilever beam, of which govering equation is based on the Bernoulli- Euler equation, is analyzed theoretically and experimentally. Expression for stiffness of multi-layered viscoelastic materal has been developed using variables such as frequency and number of layers, and further, based on this expression, damping characteristic of the beam is investigated with experimental verification.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.6
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pp.122-129
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2000
The purpose of this study is to investigate both the fundamental and some higher natural frequencies and mode shapes of compressive members resting on the linear elastic foundation. The model of compressive member is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory. The differential equation governing free vibrations of such members subjected to an axial load is derived and solved numerically for calculating the natural frequencies and mode shapes. The Improved Euler method is used to integrate the differential equation and the Determinant Search method combined with the Regula-Falsi method to determine the natural frequencies, respectively. In numerical examples, the hinged-hinged, hinged-clamped, clamped-hinged and clamped-clamped end constraints are considered. The convergence analysis is conducted for determining the available step size in the Improved Euler method. The validation of theories developed herein is also conducted by comparing the numerical results between this study and SAP 90. The non-dimensional frequency parameters are presented as the non-dimensional system parameters: section ratio, modulus parameter and load parameter. Also typical mode shapes are presented.
Rotating beams play a crucial role in representing complex mechanical components that are prevalent in vital sectors like energy and transportation industries. These components are susceptible to the initiation and propagation of cracks, posing a substantial risk to their structural integrity. This study presents a two-stage methodology for detecting the location and estimating the size of an open-edge transverse crack in a rotating Euler-Bernoulli beam with a uniform cross-section. Understanding the dynamic behavior of beams is vital for the effective design and evaluation of their operational performance. In this regard, modal parameters such as natural frequencies and eigenmodes are frequently employed to detect and identify damages in mechanical components. In this instance, the Frobenius method has been employed to determine the first two natural frequencies and corresponding eigenmodes associated with flapwise bending vibration. These calculations have been performed by solving the governing differential equation that describes the motion of the beam. Various parameters have been considered, such as rotational speed, beam slenderness, hub radius, and crack size and location. The effect of the crack has been replaced by a rotational spring whose stiffness represents the increase in local flexibility as a result of the damage presence. In the initial phase of the proposed methodology, a damage index utilizing the slope of the beam's eigenmode has been employed to estimate the location of the crack. After detecting the presence of damage, the size of the crack is determined using a Genetic Algorithm optimization technique. The ultimate goal of the proposed methodology is to enable the development of more suitable and reliable maintenance plans.
Xiao, Qiu-Xiang;Zou, Jiaqi;Lee, Kang Yong;Li, Xian-Fang
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.6
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pp.723-730
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2017
This paper studies on dynamic and stability behavior of a clamped-elastically restrained nanobeam under the action of a nonconservative force with an emphasis on the influence of surface properties on divergence and flutter instability. Using the Euler-Bernoulli beam theory incorporating surface effects, a governing equation for a clamped-elastically restrained nanobeam is derived according to Hamilton's principle. The characteristic equation is obtained explicitly and the force-frequency interaction curves are displayed to show the influence of the surface effects, spring stiffness of the elastic restraint end on critical loads including divergence and flutter loads. Divergence and flutter instability transition is analyzed. Euler buckling and stability of Beck's column are some special cases of the present at macroscale.
This paper introduced a simple numerical analysis algorithm for the calculation of the dynamic responses of the beam structure with a moving mass. The dynamic equation of motion of the Bernoulli-Euler beam is derived by considering the moving mass as a moving particle, and the dynamic equation of motion is transformed into an integro-differential equation by use of the structural influence function. The numerical solutions of the integro-differential equation are obtained by the modal analysis approach, and compared with those cited from well-known references. The proves that the numerical analysis algorithm proposed herein provide very reliable results, and thus it can be utilized in the design analysis of the beamlike structures exited by a mass which is traveling on it.
An inverse approach is presented for calculating the flexibility coefficient of open-side cracks in the cross sectional of beams. The cracked cross section is treated as a massless rotational spring which connects two segments of the beam. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the differential equation governing the forced vibration of each segment of the beam is written. By using a mathematical manipulation the time dependent differential equations are transformed into the static substitutes. The crack characteristics are then introduced to the solution of the differential equations via the boundary conditions. By having the time history of transverse response of an arbitrary location along the beam, the flexibility coefficient of crack is calculated. The method is applied for some cracked beams with solid rectangular cross sections and the results obtained are compared with the available data in literature. The comparison indicates that the predictions of the proposed method are in good agreement with the reported data. The procedure is quite general so as to it can be applicable for both single-side crack and double-side crack analogously. Hence, it is also applied for some test beams with double-side cracks.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.9
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pp.2812-2818
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1996
A cantilever beam with a mass and a spring at the end can be use to model a miniature flexible arm. It is necessary to know the natural frequencies and mode shapes to discuss its free vibration, especially when modal analysis is employed. A beam is clamped-free. In this paper we look at the lateral vibration of beams that have step changes in the properties of their cross sections. The frequency equation is derived by Bernoulli-Euler formulation and is sloved by the separation of variable. The parameters of the beam, 'mass and spring stiffness' are defined as nondimensionalized parameters for wide application of the results. According to the change of eigenvalues and mode shape are presented for this beam. The results presented are the eigenvalues and the natural frequencies for the first three modes of vibration. Results show that the parameters have a significant effect on the natural frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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