Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.2058-2066
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1999
The present paper proposes a new dynamic analysis method for multi-span Timoshenko beam structures supported by joints with damping subject to moving loads. An exact dynamic element matrix method is adopted to model Timoshenko beam structures. A generalized modal analysis method is applied to derive response formulae for beam structures subject to moving loads. The proposed method offers an exact and closed form solution. Two numerical examples are provided for validating and illustrating the proposed method. In the first numerical example, a single span beam with multiple moving loads is considered. A dynamic analysis on a multi-span beam under a moving load is considered as the second example, in which the flexibility and damping of supporting joints are taken into account. The numerical study proves that the proposed method is useful for the vibration analysis of multi-span beam-hype structures by moving loads.
In this study, we propose a frequency domain spectral element method (SEM) for the vibration analysis of a multi-span beam subjected to a moving point force. This study is an extension of the authors' previous study for a single-span beam subjected to a moving point force, where the two-element model-based SEM was applied. In this study, each span of a multi-span beam is represented by the Timoshenko beam model and the moving point force is transformed into the frequency domain as a series of each stationary point force distributed on the multi-span beam. The span at which a stationary point force is located is represented by two-element model, but all other spans are represented by one-element models. The vibration responses to a moving point force are obtained by superposing all individual vibration responses generated by each stationary point force. The high accuracy and computational efficiency of the proposed SEM are verified by comparing the solutions by SEM with exact analytical solutions by the integral transform method (ITM) as well as the solutions by the finite element method (FEM).
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.12
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pp.1103-1110
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2013
Based on the string, Euler beam, and Timoshenko beam theories, the transfer functions of axially translating web system to predict the lateral tracking are introduced in this paper. In addition, total transfer function of a multi-span web handling system is developed by the combination of the transfer functions of each single span. Experiments and computations are carried out and the results obtained for the Timoshenko beam model are compared with those of other models. The comparison indicates that the predictions from the Timoshenko and Euler beam models are quite different from that of the classical string model in both the gain and phase response. The results are expected to help in the development of high fidelity models of web tracking systems within a general computational framework.
Transient and quasi-steady-state vertical vibrations of a multi-span beam steel bridge located on a single-track railway line are considered, induced by a superfast passenger train, moving at speed 120-360 km/h. Matrix dynamic equations of motion of a simplified model of the system are formulated partly in the implicit form. A recurrent-iterative algorithm for solving these equations is presented. Excessive vibrations of the system in the resonant zones are reduced effectively with passive dynamic absorbers, tuned to the first mode of a single bridge span. The dynamic analysis has been performed for a series of types of bridges with span lengths of 10 to 30 m, and with parameters closed to multi-span beam railway bridges erected in the second half of the $20^{th}$ century.
Multi-span beams carrying multiple point masses are widely used in engineering applications, but the literature for free vibration analysis of such structural systems is much less than that of single-span beams. The complexity of analytical expressions should be one of the main reasons for the last phenomenon. The purpose of this paper is to utilize the numerical assembly method (NAM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of a multi-span uniform beam carrying multiple point masses. First, the coefficient matrices for an intermediate pinned support, an intermediate point mass, left-end support and right-end support of a uniform beam are derived. Next, the overall coefficient matrix for the whole structural system is obtained using the numerical assembly technique of the finite element method. Finally, the natural frequencies and the associated mode shapes of the vibrating system are determined by equating the determinant of the last overall coefficient matrix to zero and substituting the corresponding values of integration constants into the related eigenfunctions respectively. The effects of in-span pinned supports and point masses on the free vibration characteristics of the beam are also studied.
This paper adopts the numerical assembly method (NAM) to determine the exact solutions of natural frequencies and mode shapes of a multi-span and multi-step beam carrying a number of various concentrated elements including point masses, rotary inertias, linear springs, rotational springs and springmass systems. First, the coefficient matrix for an intermediate station with various concentrated elements, cross-section change and/or pinned support and the ones for the left-end and right-end supports of a beam are derived. Next, the overall coefficient matrix for the entire beam is obtained using the numerical assembly technique of the conventional finite element method (FEM). Finally, the exact solutions for the natural frequencies of the vibrating system are determined by equating the determinant of the last overall coefficient matrix to zero and the associated mode shapes are obtained by substituting the corresponding values of integration constants into the associated eigenfunctions.
Several reactor system components, such as heat exchange tubes, fuel fins, controlrods, and various instruments are beam-like components. This study presents a simple solution method for calculating the natural frequencies and modes of beams supported by linear and torsional springs and attached concentrated mass and rotational inertia at some intermediate points. For a general multi-span beam, theoretical method is proposed to analyze the exact solution about vibrational characteristics with respect to the nondimensional parameters. And the results obtained using the numerical models are presented and discussed.
This paper deals with the effect of the mode shapes on the dynamic response of a multi-storey frame subjected to moving train loads which are modelled as loads of constant intervals with constant velocity using the finite element method. The multi-storey frame is modelled as a number of Bernoulli-Euler beam elements. First, the first few modes of the multi-storey frame are determined. Then, the effects of force span length to beam length ratio and velocity on dynamic magnification factor (DMF) are evaluated via 3D velocity-force span length to beam length ratio-DMF graphics and its 2D projections. By using 3D and 2D graphics, the directions of critical speeds that force the structure under resonance conditions are determined. Last, the mode shapes related to these directions are determined by the time history and frequency response graphs. This study has been limited by the vibration of the frame in the vertical direction.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2000.10a
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pp.315-320
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2000
An investigation and structural safety analysis was conducted to get the basic data for establishing maintenance strategy of pipe framed greenhouses. The number of greenhouses investigated was 108 in total. Most multi-span greenhouses had narrower width and lower height than the standard 1-2W greenhouse, and most of single-span greenhouses were tunnel type. In multi-span greenhouses, the size and interval of frameworks such as rafter, purline, column, and cross beam were mostly suitable, but frameworks of single-span greenhouses were mostly insufficient.
There are a large number of papers in the literature dealing with the free vibration analysis of single/multi-span uniform beam with multiple spring-mass systems, but that of coupled multi-span beams carrying spring-mass attachments is rare. In this note, free vibration analysis of a weakly coupled beam system with spring-mass attachments is conducted. The mode localization and frequency loci veering phenomena of the coupled beam system are investigated. Studies show that for weakly coupled beam system with spring-mass attachments, the mode localization and frequency loci veering will occur once there is a disorder in the system.
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