This study attempts to address the buckling and free vibration characteristics of an isotropic cylindrical panel subjected to non-uniform temperature rise using numerical approach. Finite element analysis has been used in the present study. The approach involves three parts, in the first part non-uniform temperature field is obtained using heat transfer analysis, in the second part, the stress field is computed under the thermal load using static condition and, the last part, the buckling and pre-stressed modal analysis are carried out to compute critical buckling temperature as well as natural frequencies and associated mode shapes. In the present study, the effect of non-uniform temperature field, heat sink temperatures and in-plane boundary constraints are considered. The relation between buckling temperature under uniform and non-uniform temperature fields has been established. Results revealed that decrease (Case (ii)) type temperature variation field influences the fundamental buckling mode shape significantly. Further, it is observed that natural frequencies under free vibration state, decreases as temperature increases. However, the reduction is significantly higher for the lowest natural frequency. It is also found that, with an increase in temperature, nodal and anti-nodal positions of free vibration mode shapes is shifting towards the location where the intensity of the heat source is high and structural stiffness is low.
Kim, Young-Pil;Jung, Ho-Young;Ha, Young-Min;Oh, Seung-Ryul;Choi, Yong-Kyu
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.30-37
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2009
In doing the foundation work in the downtown, the popular complaints by means of Noise and vibration have been became heavy burden. Therefore, the noise & vibration-free screw PHC pile method will contribute to the foundation work by removal of the popular complaints and improvement of the constructability. In this paper, the load bearing capacity and displacement characteristics of the noise & vibration-free screw PHC pile were analyzed. The noise & vibration-free screw PHC pile's behavior was better well than the existing PHC pile's one.
The aim of this experimental study is to investigate the free vibration and buckling behaviors of hybrid composite beams having different span lengths and orientation angles subjected to different impact energy levels. The impact energies are applied in range from 10 J to 30 J. Free vibration and buckling behaviors of intact and impacted hybrid composite beams are compared with each other for different span lengths, orientation angles and impact levels. In free vibration analysis, the first three modes of hybrid beams are considered and natural frequencies are normalized. It is seen that first and second modes are mostly affected with increasing impact energy level. Also, the fundamental natural frequency is mostly affected with the usage of mold that have 40 mm span length (SP40). Moreover, as the impact energy increases, the normalized critical buckling loads decrease gradually for $0^{\circ}$ and $30^{\circ}$ oriented hybrid beams but they fluctuate for the other beams.
In this paper, we address the numerical investigation on the effect of liquid compressibility onto the natural frequency of liquid-filled containers. Traditionally the liquid motion has been treated as an ideal fluid motion. However, from the numerical experiments for the axisymmetrical free-vibration of cylindrical liquid-storage tanks, we found that the relative difference in natural frequencies between ideal and compressible motions becomes remarkable, as the slenderness of tank or the relative liquid-fill height becomes larger. Therefore, in such cases of dynamic systems, the liquid compressibility becomes an important parameter, for the accurate vibration analysis. For the free-vibration analysis of compressible liquid-structure interaction we employed the coupled finite element formulation expressed in terms of the acoustic wave pressure and the structure deformation.
In this paper, a new refined hyperbolic shear deformation beam theory for the free vibration analysis of functionally graded beam is presented. The theory accounts for hyperbolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the functionally graded beam without using shear correction factors. In addition, the effect of different micromechanical models on the free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Based on the present theory, the equations of motion are derived from the Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies, and the numerical results are compared with those available in the literature. A detailed parametric study is presented to show the effect of different micromechanical models on the free vibration response of a simply supported FG beams.
The cylindrical shells are used as primary components of complex structures such as airplane fuselages and nuclear pressure vessels. Recently the free vibration analysis of these structures are investigated by many researchers. The engineering informations on experimental validation of the free vibration behavior on the simply supported cylindrical shells are very few. The experimental methods for realizing the physical boundary condition of simply supported edges are examined. Natural frequencies and mode shapes of the isotropic and plain weave composite simply supported shells are obtained by modal tests. A theoretical and finite element analysis are also performed in order to validate the experimental results. The experimental results indicate that the simply supported boundary conditions with bolts along the circumferential direction of shell in both ends are well achieved. Those are shown to agree with the analytical results and with the finite element analysis results. These methods can be used to realize other experimental simple support boundary conditions.
Almitani, Khalid H.;Abdelrahman, Alaa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.32
no.5
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pp.643-655
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2019
Perforation and cutouts of structures are compulsory in some modern applications such as in heat exchangers, nuclear power plants, filtration and microeletromicanical system (MEMS). This perforation complicates dynamic analyses of these structures. Thus, this work tends to introduce semi-analytical model capable of investigating the dynamic performance of perforated beam structure under free and forced conditions, for the first time. Closed forms for the equivalent geometrical and material characteristics of the regular square perforated beam regular square, are presented. The governing dynamical equation of motion is derived based on Euler-Bernoulli kinematic displacement. Closed forms for resonant frequencies, corresponding Eigen-mode functions and forced vibration time responses are derived. The proposed analytical procedure is proved and compared with both analytical and numerical analyses and good agreement is noticed. Parametric studies are conducted to illustrate effects of filling ratio and the number of holes on the free vibration characteristic, and forced vibration response of perforated beams. The obtained results are supportive in mechanical design of large devices and small systems (MEMS) based on perforated structure.
In this paper, free and force vibration behaviors of graphene-reinforced composite functionally graded (GRC-FG) cylindrical shells in thermal environments are investigated based on Reddy's third-order shear deformation theory (HSDT). The GRC-FG cylindrical shells are composed of piece-wise pattern graphene-reinforced layers which have different volume fraction. Based on the extended Halpin-Tsai micromechanical model, the effective material properties of the resulting nanocomposites are evaluated. Using the Hamilton's principle and the assumed mode method, the motion equation of the GRC-FG cylindrical shells is formulated. Using the time- and frequency-domain methods, free and force vibration properties of the GRC-FG cylindrical shell are analyzed. Numerical cases are provided to study the effects of distribution of graphene, shell radius-to-thickness ratio and temperature changes on the free and force vibration responses of GRC-FG cylindrical shells.
The porosity of functionally graded materials (FGM) can affect the static and dynamic behavior of plates, which is important to take this aspect into account when analyzing such structures. The present work aims to study the effect of the distribution shape of porosity on the free vibration response of simply supported FG plate reposed on the Winkler-Pasternak foundation. A refined theory of shear deformation is expanded to study the influence of the distribution shape of porosity on the free vibration behavior of FG plates. The findings showed that the distribution shape of porosity significantly influences the free vibration behavior of thick rectangular FG plates for small values of Winkler-Pasternak elastic foundation parameters.
The so-called boundary node method (or NDIF method) that was developed by the authors has been extended for free vibration analysis of arbitrarily shaped plates with free edges. Since the proposed method is based on the collocation method, no integration procedure is needed on boundary edges of the plates and only a small amount of numerical calculation is required. A special coordinate transformation has been devised to consider the complicated free boundary conditions at boundary nodes. By the use of the special coordinate transformation, the radius of curvature involved in the free boundary conditions can be successfully dealt with. Finally, verification examples show that natural frequencies obtained by the present method agree well with those given by exact method and other analytical methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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