Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.291-296
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2007
To analyze accurately the free vibration of a structure by using the finite element method (FEM), we model the structure as a numerical model with many degrees-of-freedom. However the FEM needs much computation time and storage in this case. The authors developed the finite element-transfer stiffness coefficient method (FE-TSCM) for overcoming the drawback of the FEM. In this paper, the authors apply the FE-TSCM to the in-plane free vibration analysis of plates with various shapes. Two numerical examples, a rectangular plate and a triangular plate, are used to compare the results of the FE-TSCM and the FEM. Through the numerical calculation, we confirm that the FE-TSCM can be applied to the plates with various shapes and is effective to in-plane free vibration analysis of plates.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.4
s.14
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pp.99-111
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2004
An exact solution procedure is formulated for the free vibration and buckling analysis of rectangular plates having two opposite edges simply supported when these edges are subjected to linearly varying normal stresses. The other two edges may be clamped, simply supported or free, or they may be elastically supported. The transverse displacement (w) is assumed as sinusoidal in the direction of loading (x), and a power series is assumed in the lateral (y) direction (i.e., the method of Frobenius). Applying the boundary conditions yields the eigenvalue problem of finding the roots of a fourth order characteristic determinant. Care must be exercised to obtain adequate convergence for accurate vibration frequencies and buckling loads, as is demonstrated by two convergence tables. Some interesting and useful results for vibration frequencies and buckling loads, and their mode shapes, are presented for a variety of edge conditions and in-plane loadings, especially pure in-plane moments.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.836-839
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2005
The in-plane vibration response of a clamped circular plate should be predicted in many applications. Up to now, papers on the in-plane vibration of rectangular plate are published. However, analytical derivation on the in-plane vibration of the clamped circular plate is not carried out. Therefore, the in-plane vibration of the clamped circular plate is the concern of this paper. In order to derive the equations of motion for the clamped circular plate in the cylindrical coordinate, the kinetic energy and potential energy for the in-plane behavior are obtained by us ing the stress-strain-displacement expressions. Application of Hamilton's principle leads to two sets of differential equations. These displacement equations were highly coupled. It is possible to obtain a simpler set of equations by introducing Helmholtz decomposition. Substituting them into the coupled differential equations, we obtain the uncoupled equations of motion. In order to solve them, we assume that the solutions are harmonic. Then, they lead to the wave equations. Using the separation of variable, we obtain the general solutions for the equations. Based on the solutions, the displacements for r and $\theta$ direction are assumed. Finally we obtain the frequency equation for the clamped circular plate by the application of boundary conditions. The derived equation is compared with the finite element analysis for validation by using the some numerical examples.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.9
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pp.171-182
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2019
Isogeometric concept is introduced to carry out free vibration analysis of plane structures. The geometry of structures is represented by using non-uniform rational B-spline surface (NURBS) and its basis function is consistently used in the formulation of plane stress element. In addition, multi-patch strategy is introduced to deal with the openings in building. The performance of the present isogeometric plane stress element is investigated by using five numerical examples. From numerical results, it is found to be that the isogeometric concept can successfully identify reliable natural frequencies and associated mode shapes of plane structures with/without openings in efficient way.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.6
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pp.11-18
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2018
Isogeometric concept is introduced to find out the optimum layout of plane structure under free vibration. Eigenvalue problem is formulated and numerically solved in order to obtain natural frequencies and mode shapes of plane structures. For the exact geometric expression of the structure, the Non-Uniform Rational B-spline Surface (NURBS) basis functions is employed and it is also used to define the material density functions. A node-wise design variables is adopted to deal with the updating of material density in topology optimization (TO). The definition of modal strain energy is employed to achieve the maximization of fundamental frequency through its minimization. The verification of the proposed TO technique is performed by a series of benchmark test for plane structures.
In-plane and out-of-plane free vibration analysis of Timoshenko curved beams is addressed based on the isogeometric method, and an effective scheme to avoid numerical locking in both of the two patterns is proposed in this paper. The isogeometric computational model takes into account the effects of shear deformation, rotary inertia and axis extensibility of curved beams, and is applicable for uniform circular beams, and more complicated variable curvature and cross-section beams as illustrated by numerical examples. Meanwhile, it is shown that, the $C^{p-1}$-continuous NURBS elements remarkably have higher accuracy than the finite elements with the same number of degrees of freedom. Nevertheless, for in-plane or out-of-plane vibration analysis of Timoshenko curved beams, the NURBS-based isogeometric method also exhibits locking effect to some extent. To eliminate numerical locking, the selective reduced one-point integration and $\bar{B}$ projection element based on stiffness ratio is devised to achieve locking free analysis for in-plane and out-of-plane models, respectively. The suggested integral schemes for moderately slender models obtain accurate results in both dominated and non-dominated regions of locking effect. Moreover, this strategy is effective for beam structures with different slenderness. Finally, the influence factors of structural parameters of curved beams on their natural frequency are scrutinized.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.9
s.90
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pp.910-918
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2004
The vibration analysis of an axially moving membrane are investigated when the membrane has the two sets of in-plane boundary conditions, which are free and fixed constraints in the lateral direction. Since the in-plane stiffness is much higher than the out-of-plane stiffness, it is assumed during deriving the equations of motion that the in-plane motion is in a steady state. Under this assumption, the equation of out-of-plane motion is derived, which is a linear partial differential equation influenced by the in-plane stress distributions. After discretizing the equation by using the Galerkin method, the natural frequencies and mode shapes are computed. In particular, we put a focus on analyzing the effects of the in-plane boundary conditions on the natural frequencies and mode shapes of the moving membrane.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.3-10
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2002
Recently, arches are used structurally because of their high in-plane stiffness and strength, which result from their ability to transmit most of the applied loading by axial forces actions, so that the bending actions are reduced. On the other hand, the resistances of arches to (out-of-plane,) flexural-torsional behavior depend on the rigidities EI/sub y/, for lateral bending, GJ for Uniform torsion, and EI/sub w/ for warping torsion which are related to axial stress for flexural-torsional behavior. The resistance of an arch to out-of-plane behavior may be reduced by its in-plane curvature, and so it may require significant lateral bracing. Thus. it is supposed that In-plane preloading which cause an axial stress, have an effect on out-of-plane free vibration behavior of arches. Because axial stresses caused increase or decrease out-of-plane stiffness. But study about this substance is insufficient. In this thesis, We will study an effect of preloading on lateral free vibration of arches, using finite element method based on Kang and Yoo's curved beam theory (about curved beam element have 7 degree of freedom including warping) with FORTRAN programming.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.164-168
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2004
The vibration analysis of an axially moving membrane are investigated when the membrane has the two sets of in-plane boundary conditions, which are free and fixed constraints in the lateral direction. Since the in-plane stiffness is much higher than the out-of-plane stiffness, it is assumed during deriving the equations of motion that the in-plane motion is in a steady state. Under this assumption. the equation of out-of\ulcornerplane motion is derived, which is a linear partial differential equation influenced by the in-plane stress distributions. After discretizing the equation by using the Galerkin method, the natural frequencies and mode shapes are computed. In particular, we put a focus on analyzing the effects of the in-plane boundary conditions on the natural frequencies and mode shapes of the moving membrane.
The pseudospectral method is applied to the analysis of in-plane free vibration of circularly curved Timoshenko beams. The analysis is based on the Chebyshev polynomials and the basis functions are chosen to satisfy the boundary conditions. Natural frequencies are calculated for curved beams of rectangular and circular cross sections under hinged-hinged, clamped-clamped and hinged-clamped end conditions and the results are compared with those by transfer matrix method. The present method gives good accuracy with only a limited number of collocation points.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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