This paper presents forced vibration analysis of sandwich deep beams made of functionally graded material (FGM) in face layers and a porous material in core layer. The FGM sandwich deep beam is subjected to a harmonic dynamic load. The FGM in the face layer is graded though the layer thickness. In order to get more realistic result for the deep beam problem, the plane solid continua is used in the modeling of The FGM sandwich deep beam. The equations of the problem are derived based the Hamilton procedure and solved by using the finite element method. The novelty in this paper is to investigate the dynamic responses of sandwich deep beams made of FGM and porous material by using the plane solid continua. In the numerical results, the effects of different material distributions, porosity coefficient, geometric and dynamic parameters on the dynamic responses of the FGM sandwich deep beam are investigated and discussed.
The forced vibration analysis of the outer-clamped spinnig annular disk with arbitrary in-plane is formulated to investigate the influence of non-uniform tension on the cutting accuracy of wafer cutting machine. The arbitrary in-plan force along the outer edge of an annular plate is expressed as a Fourier series. Galerkin method and modal superposition method are employed to obtain the forced responses under the static force and the impulse force in astationary coordinate. Through qualitative and quantitative analyses, it can be found that forced and impulse responses are sensitive to the non-uniformity of in-plane force, which can bring a bad effect to the accuracy of wafer cutting process. Also, in case of a spinning disk with non-uniform in-plane force, critical speed is required to define in a different way, compared with conventional definition in axi-symmetrical spinning disk.
In the present study, active control of a smart beam under forced vibration is analyzed. The aluminum smart beam is composed of two piezoelectric patches and strain gauge. One of the piezoelectric patches is used as controlling actuator while the other piezoelectric patch is used as vibration generating shaker. The smart beam is harmonically excited by the piezoelectric shaker at its fundamental frequency. The strain gauge is utilized to sense the vibration level. Active vibration reduction under harmonic excitation is achieved using both strain and displacement feedback control. Control actions, the finite element (FE) modeling and analyses are directly carried out by using ANSYS parametric design language (APDL). Experimental applications are performed with LabVIEW. Dynamic behavior at the tip of the beam is evaluated for the uncontrolled and controlled responses. The simulation and experimental results are compared. Good agreement is observed between simulation and experimental results under harmonic excitation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.10a
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pp.307-312
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1996
A torsional vibration analysis of a multi-stage reduction gear box connected to a gas turbine system is presented. For a free vibration analysis the Modified Hibner Branch Method, so called "Blank Matrix Method", and the .lambda.-Matrix Method are used in the modeling and the eigenvalue solution, respectively. Also, a short circuit forced analysis of the system is performed, utilizing the energy method modeling. It is shown that the results of the free vibration analysis have the same tendency as those of the short circuit analysis. analysis.
A simplified modeling approach of forced vibration for occupied car seats was demonstrated by using a mathematical model presented in previous paper. Nonlinear and linear equations of motions were rederived for forced vibration, and the transfer function was used to calculate the frequency response function. The experimental apparatus were set up and hydraulic shaker was used to obtain the system responses. Through the tests, mannequin's head had a lot of problems, and the responses with a head and without a head were measured. To explore the effects of linear dampings and friction moments at the joints, linear analyses were performed. New sets of linear spring and damping coefficients, and torsional dampings at the joints were calculated through parameter study to match up with experimental results. Good agreement between experimental and simulation frequency response estimates were obtained both in terms of locations of resonances and system deflection shapes at resonance, indicating that this is a feasible method of modeling seated occupants.
This article studies the free and forced vibrations of the carbon nanotubes CNTs embedded in an elastic medium including thermal and dynamic load effects based on nonlocal Euler-Bernoulli beam. A Winkler type elastic foundation is employed to model the interaction of carbon nanotube and the surrounding elastic medium. Influence of all parameters such as nonlocal small-scale effects, high temperature change, Winkler modulus parameter, vibration mode and aspect ratio of short carbon nanotubes on the vibration frequency are analyzed and discussed. The non-local Euler-Bernoulli beam model predicts lower resonance frequencies. The research work reveals the significance of the small-scale coefficient, the vibrational mode number, the elastic medium and the temperature change on the non-dimensional natural frequency.
In this study, vibration characteristics of a gravity-based caisson-foundation breakwater system are investigated for ambient and geometric parameters such as various waves, sea levels, and foundation conditions. To achieve the objective, following approaches are implemented. Firstly, operational modal analysis methods are selected to identify vibration modes from output-only dynamic responses. Secondly, a finite element model of an existing caisson-foundation breakwater system is established by using a structural analysis program, ANSYS. Thirdly, forced vibration analyses are performed on the caisson-foundation system for two types of external forces such as controlled impacts and wave-induced dynamic pressures. For the ideal impact, the wave force is converted to a triangular impulse function. For the wave flow, the wave pressure acting on the system is obtained from wave field analysis. Fourthly, vibration modes of the caisson-foundation system are identified from the forced vibration responses by combined use of the operational modal analysis methods. Finally, vibration characteristics of the caisson-foundation system are investigated under various waves, sea levels, and foundations. Relative effects of foundation conditions on vibration characteristics are distinguished from that induced by waves and sea levels.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.256-263
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2008
The assumed modes method is developed to derive a set of linear differential equations describing the motion of a flexible wind turbine blade and to propose an approach to investigate the forced responses result from various wind excitations. In this work, we have adopted Euler beam theory and considered that the root of the blade is clamped at the rigid hub. And the aerodynamic parameters and forces are determined based on Blade Element Momentum (BEM) theory and quasi-steady airfoil aerodynamics. Numerical calculations show that this method gives good results and it can be used fur modeling and the forced vibration analysis including the coupling effect of wind-turbine blades, as well as turbo-machinery blades, aircraft propellers or helicopter rotor blades which may be considered as straight non-uniform beams with built-in pre-twist.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.2
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pp.99-107
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2003
The finite element method(FEM) is the most widely used and powerful method for structural analysis. In general, in order to analyze complex and large structures, we have used the FEM. However, it is necessary to use a large amount of computer memory and computation time for solving accurately by the FEM the dynamic problem of a system with many degree-of-freedom, because the FEM has to deal with very large matrices in this case. Therefore, it was very difficult to analyze the vibration for plate structures with a large number of degrees of freedom by the FEM on a personal computer. For overcoming this disadvantage of the FEM without the loss of the accuracy, the finite element-transfer stiffness coefficient method(FE-TSCM) was developed. The concept of the FE-TSCM is based on the combination of modeling technique in the FEM and the transfer technique in the transfer stiffness coefficient method(TSCM). The merit of the FE-TSCM is to take the advantages of both methods, that is, the convenience of the modeling in the FEM and the computation efficiency of the TSCM. In this paper, the forced vibration analysis algorithm of plate structures is formulated by the FE-TSCM. In order to illustrate the accuracy and the efficiency of the FE-TSCM, results of frequency response analysis for a rectangular plate, which was adopted as a computational model, were compared with those by the modal analysis method and the direct analysis method which are based on the FEM.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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v.35
no.6
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pp.765-777
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2020
In the context of classic conical shell formulation, nonlinear forced vibration analysis of truncated conical shells and annular plates made of multi-scale epoxy/CNT/fiberglass composites has been presented. The composite material is reinforced by carbon nanotube (CNT) and also fiberglass for which the material properties are defined according to a 3D Mori-Tanaka micromechanical scheme. By utilizing the Jacobi elliptic functions, the frequency-deflection curves of truncated conical shells and annular plates related to their forced vibrations have been derived. The main focus is to study the influences of CNT amount, fiberglass volume, open angle, fiber angle, truncated distance and force magnitude on forced vibrational behaviors of multi-scale truncated conical shells and annular plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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