This paper deals with a hydroelastic vibration analysis of two rectangular plates partially coupled with a liquid, which is bounded by two plates and two rigid side walls. The wet displacement of each plate is assumed to be a combination of the modal functions of a dry uniform beam with a clamped boundary condition. As the liquid is assumed to be an ideal liquid, the displacement potential satisfying the Laplace equation is determined so that the liquid boundary conditions can meet the requirements at the rigid surfaces and the free liquid surface. The wet dynamic modal functions of each plate are expanded by using the finite Fourier transform to obtain an appropriate form of the compatibility requirement along the contacting surfaces between the plates and the liquid. The liquid-coupled natural frequencies of the plates are derived by using the Rayleigh-Ritz method. Finite element analyses using commercial software are carried out to verify the proposed theory. It is observed that the theoretical method agrees excellently with the three-dimensional finite element analyses results. The effects of the liquid depth and the liquid thickness on the normalized natural frequencies are investigated to identify the dynamic characteristics of the liquid coupled system.
This paper presents a theoretical analysis for the free vibration of rectangular tanks partially filled with an ideal liquid. Wet dynamic displacements of the tanks are approximated by combining the orthogonal polynomials satisfying the boundary conditions, since the rectangular tanks are composed of four rectangular plates. The classical boundary conditions of the tanks at the top and bottom ends are considered, such as clamped, simply supported, and clamped-free boundary conditions. As the facing rectangular plates are assumed to be geometrically and structurally identical, the vibration modes of the facing plates of the tanks can be divided into two categories: symmetric and antisymmetric modes with respect to the planes passing through the center of the tanks and perpendicular to the free liquid surface. The liquid displacement potentials satisfying the Laplace equation and liquid boundary conditions are derived, and the wet dynamic modal functions of a quarter of the tanks can be expanded by the finite Fourier transform for compatibility requirements along the contacting surfaces between the tanks and liquid. An eigenvalue problem is derived using the Rayleigh-Ritz method. Consequently, the wet natural frequencies of the rectangular tanks can be extracted. The proposed analytical method is verified by observing an excellent agreement with three-dimensional finite element analysis results. The effects of the liquid level and boundary condition at the top and bottom edges are investigated.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.23-34
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1998
A dynamic fluid-structure-soil interaction analysis method is developed to investigate the effects of translational and/or rocking motions on the seismic response of flexible rectangular liquid storage tanks founded on the deformable ground. The governing equation for the dynamics of 3-D rectangular tanks subjected to the translational and/or rocking motion is abtained by applying Rayleigh-Ritz method. The dynamic stiffness matrices of a rigid rectangular foundation resting on the surface of a stratum overlaid bedrock are calculated by hyperelement method. The seismic responses of 3-D flexible tank model founded on the deformable ground is calculated by combining the governing equation for the fluid-tank system with the dynamic stiffness matrix of th rigid surface foundation.
Cao, Jianbin;Zhang, Zhousuo;Guo, Yanfei;Gong, Teng
Steel and Composite Structures
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v.31
no.3
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pp.233-242
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2019
Early detection of damage bonding state such as insufficient bonding strength and interface partial contact defect for the explosive clad pipe is crucial in order to avoid sudden failure and even catastrophic accidents. A generalized and efficient model of the explosive clad pipe can reveal the relationship between bonding state and vibration characteristics, and provide foundations and priory knowledge for bonding state detection by signal processing technique. In this paper, the slender explosive clad pipe is regarded as two parallel elastic beams continuously joined by an elastic layer, and the elastic layer is capable to describe the non-uniform bonding state. By taking the characteristic beam modal functions as the admissible functions, the Rayleigh-Ritz method is employed to derive the dynamic model which enables one to consider inhomogeneous system and any boundary conditions. Then, the proposed model is validated by both numerical results and experiment. Parametric studies are carried out to investigate the effects of bonding strength and the length of partial contact defect on the natural frequency and forced response of the explosive clad pipe. A potential method for identifying the bonding quality of the explosive clad pipe is also discussed in this paper.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.1
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pp.158-172
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1992
In ships and offshore structures, there are many local structures formed of thick plates and/or having the form of double wall panels. For the vibration analysis of such a kind of structures, Mindlin plate theory which includes the effects of shear deformation and rotary inertia is usually adopted. In this paper, the vibration and dynamic sensitivity analysis of Mindlin plates having the boundary conditions elastically restrained against rotation have been accomplished using the Rayleigh-Ritz method. Polynomials having the property of the Timoshenko beam functions are introduced and used as trial functions in the spatial representation of the deflection and rotations of cross sections in two directions of the plates. The results obtained by the introduced polynomials gave nearly the same numerical results as those by the Timoshenko beam functions with the remarkable reduction of computational efforts especially in the dynamic sensitivity analysis.
Nejad, Mohammad Zamani;Hadi, Amin;Omidvari, Arash;Rastgoo, Abbas
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.4
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pp.417-425
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2018
The main aim of this paper is to investigate the bending of Euler-Bernouilli nano-beams made of bi-directional functionally graded materials (BDFGMs) using Eringen's non-local elasticity theory in the integral form with compare the differential form. To the best of the researchers' knowledge, in the literature, there is no study carried out into integral form of Eringen's non-local elasticity theory for bending analysis of BDFGM Euler-Bernoulli nano-beams with arbitrary functions. Material properties of nano-beam are assumed to change along the thickness and length directions according to arbitrary function. The approximate analytical solutions to the bending analysis of the BDFG nano-beam are derived by using the Rayleigh-Ritz method. The differential form of Eringen's non-local elasticity theory reveals with increasing size effect parameter, the flexibility of the nano-beam decreases, that this is unreasonable. This problem has been resolved in the integral form of the Eringen's model. For all boundary conditions, it is clearly seen that the integral form of Eringen's model predicts the softening effect of the non-local parameter as expected. Finally, the effects of changes of some important parameters such as material length scale, BDFG index on the values of deflection of nano-beam are studied.
The paper begins by presenting a unified variational approach to the lateral-torsional buckling (LTB) analysis of doubly symmetric prismatic and tapered thin-walled beams with open cross-sections, which accounts for the influence of the pre-buckling deflections. This approach (i) extends the kinematical assumptions usually adopted for prismatic beams, (ii) consistently uses shell membrane theory in general coordinates and (iii) adopts Trefftz's criterion to perform the bifurcation analysis. The proposed formulation is then applied to investigate the influence of the pre-buckling deflections on the LTB behaviour of prismatic and web-tapered I-section simply supported beams and cantilevers. After establishing an interesting analytical result, valid for prismatic members with shear centre loading, several elastic critical moments/loads are presented, discussed and, when possible, also compared with values reported in the literature. These numerical results, which are obtained by means of the Rayleigh-Ritz method, (i) highlight the qualitative differences existing between the LTB behaviours of simply supported beams and cantilevers and (ii) illustrate how the influence of the pre-buckling deflections on LTB is affected by a number of factors, namely ($ii_1$) the minor-to-major inertia ratio, ($ii_2$) the beam length, ($ii_3$) the location of the load point of application and ($ii_4$) the bending moment diagram shape.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.150-159
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2014
A simplified method for the calculation of buckling and vibrational characteristics of initially stressed rectangular plate and antisymmetric angle-ply laminated plates is presented in this paper using the natural frequencies under unloading state. The equation of motion of rectangular plate with two opposite edges simply supported is investigated on the basis of Rayleigh-Ritz method and Mindlin plate theory with effect of the curvature term. The relationships of the non-dimensional natural frequencies with initial stresses the coeffcients of critical buckling and the boundaries of the dynamic principal instability region can be characterized by the non-dimensional natureal frequencies under unloading state. Numerical examples are presented to verify the simplified equations and to illustrate potential applications of the analysis.
A simplified method for the calculation of dynamic characteristics of initially stressed antisymmetric cross-ply laminated shells is presented in this paper using the natural frequencies under unloading state. The equation of motion of laminated shell with two opposite edges simply supported is investigated on the basis of Rayleigh-Ritz method and Mindlin shell theory with effect of the curvature term. The relationships of the non-dimensional natural frequencies with initial stresses the coeffcients of critical buckling and the boundaries of te dynamic principal instability region can be characterized by the non-dimensional natureal frequencies under unloading state. Numerical examples are presented t verify the simplified equations and to illustrate potential applications of the analysis.
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