Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.401-410
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2008
The natural frequency of a beam plays an important role in not only vibration analysis but also understanding its dynamic characteristics. It is complicated to analyse the natural frequency of a stepped beam with discontinuously varying section. Approximate analysis methods such as Rayleigh-Ritz method, FEM, etc. are frequently used for the vibration analysis of stepped beams. In such a case, accuracy of these methods depends upon the number of partitioned elements, the number of the iterations in calculation and the assumed mode shape. This study presents an approximate analysis method for the fundamental natural frequency analysis of stepped cantilever beam, using equivalent beam transformation technique. Validity and usefulness are verified by comparing the proposed method with FEM for several example problems.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.63-69
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2013
In order to find the optimum design of structures that have characteristic natural frequency range, a numerical optimization method to solving eigenvalue problems is a widely used approach. However in the most cases, it is difficult to decide the accurate thickness and shape of structures that have allowable natural frequency in design constraints. Parallel analysis algorithm involving the feasible direction optimization method and Rayleigh-Ritz eigenvalue solving method is developed. The method is implemented by using finite element method. It calculates the optimal thickness and the thickness ratio of individual elements of the 2-D plane element through a parallel algorithm method which satisfy the design constraint of natural frequency. As a result this method of optimization for natural frequency by using finite element method can determine the optimal size or its ratio of geometrically complicated shape and large scale structure.
In this paper, a semi-analytical method will be discussed for free vibration analysis of rotating beams with variable cross sectional area. For this purpose, the rotating beam is discretized through applying the transfer matrix method and assumed the axial force is constant for each element. Then, the transfer matrix is derived based on Euler-Bernoulli's beam differential equation and applying boundary conditions. In the following, the frequencies of the rotating beam with constant and variable cross sections are determined using the transfer matrix method in several case studies. In order to eliminate numerical difficulties in the transfer matrix method, the Riccati transfer matrix is employed for high rotation speed and high modes. The results are compared with the results of the finite elements method and Rayleigh-Ritz method which show good agreement in spite of low computational cost.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.3
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pp.56-65
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1996
Recently, with development of mechanics of materials, as pursuing the high speed of the ships, there has been an increasing demand on the composite construction which satisfies high strength and low weight at the same time. A sandwich element is a type of composite construction, which is composed of thin, strong, stiff and relatively high density faces and a thick, light, and weaker core material. As the second moment is increased by faces separated from the neutral axis farther, a sandwich element is most effective light structural form. In this study, Rayleigh-Ritz Energy Method is adopted, which can analyze sandwich plate relatively simply and exactly. Stresses and buckling loads are analyzed exactly, when uniform lateral pressure load, inplane compression and inplane shear are acting at the sandwich plate. Including a wrinkling stress, this study can be applied to the initial design and minimum weight design of sandwich plates.
In this paper, an alternative analytical method is presented to evaluate the nonlinear vibration behavior of single and double tapered cantilever beams. The admissible lateral displacement function satisfying the geometric boundary conditions of a single or double tapered cantilever beam is derived by using Rayleigh-Ritz method. Based on the Lagrange method and the Newton Harmonic Balance (NHB) method, analytical approximate solutions in closed and explicit form are obtained. These approximate solutions show excellent agreement with those of numeric method for small as well as large amplitude. Moreover, due to brevity of expressions, the present analytical approximate solutions are convenient to investigate effects of various parameters on the large amplitude vibration response of tapered beams.
Free vibration analyses of circular cylindrical shells attached with plate structures for the symmetric boundary condition such as simply-simply supported shells by receptance method are found in literatures. However analyses of those shells with unsymmetric boundary condition as clamped free boundary are hardly found. Here frequency equation of the clamped free circular cylindrical shell with end plate is derived using receptance method and natural frequencies of the combined system were calculated. The frequencies and mode shapes obtained from present method are compared with those of ANSYS to show the validity of the method. Natural frequencies and mode component ratios of clamped-free cylindrical shell are obtained by employing Rayleigh-Ritz method on energy equations, and they are used in receptance calculation. Results show good agreement with those of ANSYS analyses.
An analytical method to estimate the coupled frequencies of the circular plate submerged in fluid is developed using the finite Fourier-Bessel series expansion and Rayleigh-Ritz method. To verify the validity of the analytical method developed, finite element method is used and the frequency comparisons between them are found to be in good agreement. For the perforated plate submerged in fluid, it is almost impossible to develop a finite element model due to the necessity of the fine meshing of the plate and the fluid at the same time. This necessitates the use of solid plate with equivalent material properties. Unfortunately the effective elastic constants suggested by the ASME code are found to be not valid for the modal analysis. Therefore in this study the equivalent material properties of perforated plate are suggested by performing several finite element analyses with respect to the ligament efficiencies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.11
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pp.1086-1092
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2007
This paper is concerned with the vibration analysis of a rectangular plate with multiple circular holes. On the contrary to the case of rectangular plate with multiple rectangular holes, it is very difficult to perform qualitative analysis on natural vibration characteristics because of geometrical inconsistency. In this paper, we applied the Independent Coordinate Coupling Method(ICCM) to the addressed problem, which was developed to compute natural vibration characteristics of the rectangular plate with a circular hole and proven to be computationally effective. The ICCM is based on Rayleigh-Ritz method but utilizes independent coordinates for each hole domain. By matching the deflection conditions for each hole imposed on the expressions, we can easily derive the reduced mass and stiffness matrices. The resulting equation is then used for the calculation of the eigenvalue problem. The numerical results show the efficacy of the Independent Coordinate Coupling Method.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.9
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pp.881-887
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2007
This paper is concerned with the vibration analysis of a rectangular plate with multiple rectangular holes. Even though there have been many methods developed for the addressed problem, they suffer from computational time. In this paper, we applied the Independent Coordinate Coupling Method(ICCM) to the addressed problem, which was developed to compute natural vibration characteristics of the rectangular plate with a rectangular hole and proven to be computationally effective. The ICCM is based on Rayleigh-Ritz method but utilizes independent coordinates for each hole domain. By matching the deflection conditions for each hole imposed on the expressions, we can easily derive the reduced mass and stiffness matrices. The resulting equation is then used for the calculation of the eigenvalue problem. The numerical results show the efficacy of the Independent Coordinate Coupling Method.
An iteractive Kantorovich method is presented for the vibration analysis of rectangular orthotropic thick plates. Mindlin plate characteristic functions are derived in general forms using the Kantorovich method. Initially, Timoshenko beam functions consistent with the boundary conditions of the plate were used. Through numerical calculations of natural fairs of appropriate models, it has been confirmed that the method presented is superior to the Rayleigh-Ritz analysis or the finite element analysis in both accuracy and computational efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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