The buckling problem of linearly tapered micro-columns is investigated on the basis of modified strain gradient elasticity theory. Bernoulli-Euler beam theory is used to model the non-uniform micro column. Rayleigh-Ritz solution method is utilized to obtain the critical buckling loads of the tapered cantilever micro-columns for different taper ratios. Some comparative results for the cases of rectangular and circular cross-sections are presented in graphical and tabular form to show the differences between the results obtained by modified strain gradient elasticity theory and those achieved by modified couple stress and classical theories. From the results, it is observed that the differences between critical buckling loads achieved by classical and those predicted by non-classical theories are considerable for smaller values of the ratio of the micro-column thickness (or diameter) at its bottom end to the additional material length scale parameters and the differences also increase due to increasing of the taper ratio.
Free vibration analysis for continuous bridge under any number of vehicles is conducted in this paper. Calculation strategy for natural frequency and mode shape is proposed based on Euler-Bernoulli beam theory and numerical assembly method. Firstly, a half-car planar model is adopted; equations of motion and displacement functions for bridge and vehicle are established, respectively. Secondly, the undermined coefficient matrices for wheels, vehicles, intermediate support, left-end support and right-end support are derived. Then, the numerical assembly technique for conventional finite element method is adopted to construct the overall matrix of coefficients for whole system. Finally, natural frequencies and corresponding mode shapes are determined based on iterative method and overall matrix solution. Numerical simulation is presented to verify the effectiveness of the proposed method. The results reveal that the solutions of present method are exact ones. Natural frequencies and associate modal shapes of continuous bridge under different conditions of vehicles are investigated. The influences of vehicle parameters on natural frequencies are also demonstrated.
Thermal bifurcation buckling behavior of fully clamped Euler-Bernoulli nanobeam built of a through thickness functionally graded material is explored for the first time in the present paper. The variation of material properties of the FG nanobeam are graded along the thickness by a power-law form. Temperature dependency of the material constituents is also taken into consideration. Eringen's nonlocal elasticity model is employed to define the small-scale effects and long-range connections between the particles. The stability equations of the thermally induced FG nanobeam are derived via the principal of the minimum total potential energy and solved analytically for clamped boundary conditions, which lead for more accurate results. Moreover, the obtained buckling loads of FG nanobeam are validated with those existing works. Parametric studies are performed to examine the influences of various parameters such as power-law exponent, small scale effects and beam thickness on the critical thermal buckling load of the temperature-dependent FG nanobeams.
The purpose of this paper is to investigate the stability of tapered columns with clamped one end and carrying a tip mass of rotatory inertia with translational elastic support at the other end. The linearly tapered columns with the solid rectangular cross-section is adopted as the column taper. The differential equation governing free vibrations of such Beck columns is derived using the Bernoulli-Euler beam theory. Both the divergence and flutter critical loads are calculated from the load-frequency curves which are obtained by solving the differential equation. The critical loads are presented as functions of various non-dimensional system parameters: the taper type, the subtangential parameter, mass ratio and spring stiffness.
The main purpose of this paper is to investigate the stability of water tower with a relatively small footing. The water tower is modeled that the column carrying a container is supported by a rotational spring at the base and is of constant cross-section, with a weight per unit length of column axis. The column model is based on the Bernoulli-Euler beam theory. The Runge-Kutta method and Determinant Search method are used to perform the integration of the governing differential equation and to determine the critical values(critical own weight. and critical buckling load), respectively. The critical buckling loads are calculated over a range of system parameters: the rotational stiffness parameter, the dimensionless radius of container and the own weight parameter of the column. The relation between the rotational stiffness parameter and the critical own weight parameter of the column is analyzed.
In this paper, the nonlinear dynamic response of Vehicle-Bridge interaction with the coupled equations of motion including nonlinear Hertzian contact is presented. The moving train model is chosen to have 10 degrees of freedom (DOF). The bridge is modeled as 2D Euler-Bernoulli beam element with 4 DOF for each element, two for rotations and another two for translations. The nonlinear Hertzian contact is used to simulate the interaction between vehicle and bridge. Base on the relationship of wheel displacement of the vehicle and the vertical displacement of the bridge in Hertzian contact, the coupled equations of motion of the whole system is derived. The convenient formulation was encoded into a computer program. The contact forces, contact area and stress of the rail surface were also computed. The accuracy and efficiency of the proposed program are verified and compared with exact analytical solution and other previous studies. Various numerical examples and parametric studies have demonstrated the versatility and applicability of the proposed program.
In this paper, the purpose is to investigate the vibration characteristics and the design of resonance avoidance of the unmanned helicopter master. Based on the Euler-Bernoulli beam theory for helicopter master, the equation of motion is derived by using extended Hamilton's principle. It was studied about the natural frequency of helicopter master as the design variances(tip mass, length and diameter of master). Also, it was compared the theoretical results for natural frequency with the results of FE analysis. The results of this study showed the vibration characteristics of helicopter master for the design of resonance avoidance.
The noncontact vibration exciter system using the electro-magnet for a thin plate is studied in this paper. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion of thin plate is derived. The main purpose of this experiment is to match the input-frequency and response frequency of thin plate. The test equipment is configured to vibrate on both sides of the thin plate using the electro-magnet. Two frequencies(input frequency and response frequency) in our experiments show very good agreement. This study results will contribute to basic investigate of an alternative air-knife system for the steel industry.
The use of nanotechnology materials and applications in the construction industry should be considered for enhancing material properties. However, the nonlinear buckling of an embedded straight concrete columns reinforced with silicon dioxide ($SiO_2$) nanoparticles is investigated in the present study. The column is simulated mathematically with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam models. Agglomeration effects and the characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka approach. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. The governing equations are derived using energy method and Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the buckling load of structure. The influences of volume percent of $SiO_2$ nanoparticles, geometrical parameters and agglomeration on the buckling of column are investigated. Numerical results indicate that considering agglomeration effects leads to decrease in buckling load of structure.
IPMC(Ionic Polymer-Metal Comosite) exhibits large deformation, having great attention in many application fields. It generates bending moment by ion exchange polymer film. It can be quickly bended by the applied voltage across the plated electrode of the polymer film. In the present paper, we derive the theoretical modeling and dynamic analysis of bending motions of IPMC actuators using the Euler-Bernoulli beam theory. The theoretical model of a cantilever IPMC actuator estimates the moment produced by the applied voltage. The dynamic characteristics, including natural frequencies and frequency response, are calculated by the theoretical model, and they are compared with the experimental results and finite element analysis. It is shown that the mathematical modeling allows precise estimation to the voltage-driven motion of the cantilever IPMC in air.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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