Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.925-928
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2005
In this paper, a spectral element model is developed for the uniform straight pipelines conveying internal unsteady fluid. The spectral element matrix is formulated by using the exact frequency-domain solutions of the pipe-dynamics equations. The spectral element dynamic analyses are then conducted to evaluate the accuracy of the present spectral element model and to investigate the vibration characteristics and internal fluid transients of an example pipeline system.
In this paper, the spectral element model is derived for the vibration and stability analyses of an axially moving viscoelastic beam subjected to axial tension. The viscoelastic material is represented by using a one-dimensional constitutive equation of hereditary integral type. The accuracy of the present spectral element model is first verified by comparing the eigenvalues obtained by the present spectral element model-based SEM with those obtained by the exact theory and the conventional FEM. The effects of viscoelasticity on the vibration and stability of an example moving viscoelastic beam are numerically investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.2
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pp.294-301
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2003
It is of often important to accurately predict the flow-induced vibration or dynamic instability of a pipeline conveying internal high speed flow in advance, which requires a very accurate solution method. In this study, first the dynamic equations for the axial and transverse vibrations of a pipeline are reduced from a set of pipe-dynamic equations derived in the previous study and then the spectral element model is formulated. The accuracy of the spectral element method (SEM) is then verified by comparing its results with the results obtained by finite element method (FEM). It is shown that the present spectral element model provides very accurate solutions by using an extremely small number of degrees-of-freedom when compared with FEM. The dynamics of a sample pipeline is investigated with varying the axial tension and the speed of internal flow.
The spectral element model is known to provide very accurate structural dynamic characteristics, while reducing the number of degree-of-freedom to resolve the computational and cost problems. Thus, the spectral element model with variational method for an axially moving Bernoulli-Euler beam subjected to axial tension is developed in the present paper. The high accuracy of the spectral element model is the verified by comparing its solutions with the conventional finite element solutions and exact analytical solutions. The effects of the moving speed and axial tension the vibration characteristics, wave characteristics, and the static and dynamic stabilities of a moving beam are investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.715-718
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2005
For accurate prediction of the thermal shock-induced vibrations, this paper develops a spectral element model for usually moving thermoelastic beam-plates. The spectral element model is formulated from the frequency-dependent dynamic shape functions which satisfy the governing equations in the frequency-domain. Some numerical studies are conducted to evaluate the present spectral element model and also to investigate the vibration characteristics of an example axially moving beam-plate subjected to thermal loadings.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.409-414
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2005
In the literatures, the FFT-based SAM has been well applied to the computation of the steady-state responses of discrete dynamic systems. In this paper, a fast fourier transforms (FFT)-based spectral analysis method (SAM) is proposed fur the dynamic analysis of spectral element models subjected to the non-zero initial conditions. However, the FFT-based SAM has not yet been developed for the continuous systems represented by the spectral element model.
In the paper the analysis of natural vibrations of the transmission line with use of spectral elements and the laboratory experiments is performed. The purpose of the investigation is to analyze the natural vibrations of the transmission line and compare with the results obtained in the numerical simulations. Particular attention is paid to the hysteretic and aerodynamic damping analysis. Sensitivity of the wave number is performed for changing of the tension force, as well as for the different damping parameters. The numerical model is made using the Spectral Element Method. In the spectral model, for various parameters of stiffness, damping and tension force, the system response is checked and compared with the results of the accelerations obtained in the measurements. A frequency response functions (FRF) are calculated. The credibility of the model is assessed through a validation process carried out by comparing graphical plots of FRF and time history analysis and numerical values expressing differences in acceleration amplitude (MSG), phase angle differences (PSG) and differences in acceleration and phase angle total (CSG) values. The next aspect constituting the purpose of this paper is to present the wide possibilities of modelling and simulation of slender conductors using the Spectral Element Method. The obtained results show good accuracy in the range of both experimental measurements as well as simulation analysis. The paper emphasizes the ease with which the sensitivity of the conductor and its response to changes in density of spectral mesh division, tensile strength or material damping can be studied.
This paper introduces a spectrally formulated element method (SEM) for the beams treated with passive constrained layer damping (PCLD). The viscoelastic core of the beams has a complex modulus that varies with frequency. The SEM is formulated in the frequency domain using dynamic shape functions based on the exact displacement solutions from progressive wave methods, which implicitly account for the frequency-dependent complex modulus of the viscoelastic core. The frequency response function and dynamic responses obtained by the SEM and the conventional finite element method (CFEM) are compared to evaluate the validity and accuracy of the present spectral PCLD beam element model. The spectral PCLD beam element model is found to provide very reliable results when compared with the conventional finite element model.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.45-48
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2008
Periodic lattice structures such as the large space lattice structures and carbon nanotubes may take the extension-transverse shear-bending coupled vibrations, which can be well represented by the extended Timoshenko beam theory. In this paper, the spectrally formulated finite element model (simply, spectral element model) has been developed for extended Timoshenko beams and applied to some typical periodic lattice structures such as the armchair carbon nanotube, the periodic plane truss, and the periodic space lattice beam.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.71-81
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2008
This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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