In this paper, the effect of material-temperature dependent on the wave propagation of a cantilever beam composed of functionally graded material (FGM) under the effect of an impact force is investigated. The beam is excited by a transverse triangular force impulse modulated by a harmonic motion. Material properties of the beam are temperature-dependent and change in the thickness direction. The Kelvin-Voigt model for the material of the beam is used. The considered problem is investigated within the Euler-Bernoulli beam theory by using energy based finite element method. The system of equations of motion is derived by using Lagrange's equations. The obtained system of linear differential equations is reduced to a linear algebraic equation system and solved in the time domain and frequency domain by using Newmark average acceleration method. In order to establish the accuracy of the present formulation and results, the comparison study is performed with the published results available in the literature. Good agreement is observed. In the study, the effects of material distributions and temperature rising on the wave propagation of the FGM beam are investigated in detail.
A study on the dynamic mechanical properties of the high strength carbon fiber epoxy composite beam was carried out. The macromechanical model was used for the theoretical analysis of the symmetric laminated composite beam. The anisotropic plate theory and Bernoulli-Euler beam theory were used to predict the effective flexural elastic modulus and the specific damping capacity of laminated composite beam. The free flexural vibration and torsional vibration tests were carried out to determine the specific damping capacities of the unidirectional laminated composite beam. The vibration tests were performed in a vacuum chamber with laser vibrometer system and electromagnetic hammer to obtain accurate experimental data. From the computational and experimental results, it was found that the theoretical values with the macromechanical analysis and the experimental data of symmetric laminated composite beam were in good agreement.
The dynamic response of a finite Bernoulli-Euler beam resting on a tensionless Pasternak foundation and subjected to a concentrated harmonic load is investigated in this study. This load may be applied at the center of the beam, or it may be offset from the center. Since the elastic foundation is assumed to be tensionless, the beam may lift off the foundation, resulting in contact and non-contact regions in the system. An analytical/numerical solution is obtained from the governing equations of the contact and non-contact regions to determine the coordinates of the lift-off points. Although there is no nonlinear term in the equations, the problem appears to be nonlinear since the contact regions are not known in advance. Due to that nonlinearity, the essentials of the problem (the coordinates of the lift-off points) are calculated numerically using the Newton-Raphson technique. The results, which represent the symmetric and asymmetric responses of the beam, are presented graphically in this work. They illustrate the effects of the forcing frequency and the beam length on the extent of the contact regions and displacements.
A new technique is proposed for bridge structural damage detection based on spatial wavelet analysis of the time history obtained from vehicle body moving over the bridge, which is different from traditional detection techniques based on the bridge response. A simply-supported Bernoulli-Euler beam subjected to a moving spring-mass unit is established, with the crack in the beam simulated by modeling the cracked section as a rotational spring connecting two undamaged beam segments, and the equations of motion for the system is derived. By using the transfer matrix method, the natural frequencies and mode shapes of the cracked beam are determined. The responses of the beam and the moving spring-mass unit are obtained by modal decomposition theory. The continuous wavelet transform is calculated on the displacement time histories of the sprung-mass. The case study result shows that the damage location can be accurately determined and the method is effective.
In this paper we studied about the effect of the double cracks on the dynamic behavior of a simply supported beam. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation and analyzed by numerical method. The simply supported beam is modeled by the Euler-Bernoulli beam theory. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting three undamaged beam segments. The influences of the crack depth and position of each crack on the vibration mode and the natural frequencies of a simply supported beam are analytically clarified. The theoretical results are also validated by a comparison with experimental measurements.
Functionally graded material (FGM) illustrates a novel class of composites that consists of a graded pattern of material composition. FGM is engineered to have a continuously varying spatial composition profile. Current work focused on buckling analysis of beam made of stepwise linear and quadratic graded material in axial direction subjected to axial span-load with piecewise function and rested on shear layer based on classical beam theory. The various boundary and natural conditions including simply supported (S-S), pinned - clamped (P-C), axial hinge - pinned (AH-P), axial hinge - clamped (AH-C), pinned - shear hinge (P-SHH), pinned - shear force released (P-SHR), axial hinge - shear force released (AH-SHR) and axial hinge - shear hinge (AH-SHH) are considered. To the best of the author's knowledge, buckling behavior of this kind of Euler-Bernoulli beams has not been studied yet. The equilibrium differential equation is derived by minimizing total potential energy via variational calculus and solved analytically. The boundary conditions, natural conditions and deformation continuity at concentrated load insertion point are expressed in matrix form and nontrivial solution is employed to calculate first buckling loads and corresponding mode shapes. By increasing truncation order, the relative error reduction and convergence of solution are observed. Fast convergence and good compatibility with various conditions are advantages of the proposed method. A MATLAB code is provided in appendix to employ the numerical procedure based on proposed method.
In this study, the thermoelastic beam in modified couple stress theory due to laser source and heat flux is investigated. The beam are heated by a non-Guassian laser pulse and heat flux. The Euler Bernoulli beam theory and the Laplace transform technique are applied to solve the basic equations for coupled thermoelasticity. The simply-supported and isothermal boundary conditions are assumed for both ends of the beam. A general algorithm of the inverse Laplace transform is developed. The analytical results have been numerically analyzed with the help of MATLAB software. The numerically computed results for lateral deflection, thermal moment and axial stress due to laser source and heat flux have been presented graphically. Some comparisons have been shown in figures to estimate the effects of couple stress on the physical quantities. A particular case of interest is also derived. The study of laser-pulse find many applications in the field of biomedical, imaging processing, material processing and medicine with regard to diagnostics and therapy.
In this paper the effect of moving mass on dynamic behavior of cracked cantilever beam on elastic foundations is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. That is, the crack is modelled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. The crack is assumed to be in the first mode of fracture. As the depth of the crack is increased, the tip displacement of the cantilever beam is increased. When the crack depth is constant the frequency of a cracked beam is proportional to the spring stiffness.
This paper presents the vibration analysis of a deploying beam with spin when the beam has a time-dependent spinning speed. In the previous studies for the deploying beams with spin, the spinning speed was time-independent. However, it is more reasonable to consider the time-dependent spinning speed. The present study introduces the time-dependent spinning speed in the modeling. The Euler-Bernoulli beam theory and von Karman nonlinear strain theory are used together to derive the equations of motion. After the equations of motion are transformed into the weak forms, the weak forms are discretized. The natural frequency and dynamic response are obtained. The effect of the time-dependent spinning speed on the dynamic response is studied.
To determine the effect of transverse open crack on the dynamic behavior of simply-supported Euler-Bernoulli beam with the moving masses, an iterative modal analysis approach is developed. The influence of depth and position of the crack in the beam, on the dynamic behavior of the simply supported beam system, have been studied by numerical method. The cracked section is represented by a local flexibility matrix, connecting two undamaged beam segments that is, the crack is modeled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section, and is derived by applying a fundamental fracture mechanics theory. As the depth of the crack is increased, the mid-span deflection of the simply-supported beam, with the moving mass, is increased. The crack is positioned in the middle point of the pipe, and the mid-span defection of the simply-supported pipe represents maximum deflection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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