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.
The use of frequency-dependent spectral element matrix (or exact dynamic stiffness matrix) in structural dynamics is known to provide very accurate solutions, while reducing the number of degrees-of-freedom to resolve the computational and cost problems. Thus, in the present paper, the spectral element model is formulated for the axially moving Timoshenko beam under a uniform axial tension. The high accuracy of the present spectral element is then verified by comparing its solutions with the conventional finite element solutions and exact analytical solutions. The effects of the moving speed and axial tension on the vibration characteristics, the dispersion relation, and the stability of a moving Timoshenko beam are investigated, analytically and numerically.
본 연구에서는 스팬의 중간지점에 신축 스프링과 회전 스프링을 가지며 Pasternak지반 위에 놓인 Timoshenko보-기둥에 대한 유한 요소법을 이용하여 안정해석을 한 것이다. 이 유한요소법에 의하여 얻어진 해는 신축스프링과 회전스프링, 전단지반이 없는 Timoshenko보-기둥의 경우에 대하여 기존해와 비교되었다. 동적안정해석에 의해 스팬 중간지점에 신축 및 회전 스프링을 가진 Pasternak지반 위해 놓인 Timoshenko보-기둥의 동적안정영역을 결정하였다.
In this paper, a general closed-form solution for evaluating the dynamic behavior of a Timoshenko beam on elastic foundation under a moving harmonic line load is formulated in the frequency-wavenumber domain and in a moving coordinate system. It is found that the characteristic equation is quartic with real coefficients only, and its poles can be presented explicitly. This enables the substitution of these poles into Cauchy's residue theorem, leading to the general closed-form solution. The solution can be reduced to seven existing closed-form solutions to different sub-problems and a new closed-form solution to the subproblem of a Timoshenko beam on an elastic foundation subjected to a moving quasi-static line load. Two examples are included to verify the solution.
In this paper, the stability of a cracked cantilever beam subjected to follower force is presented. In addition, an analysis of the flutter instability(flutter critical follower force) of a cracked cantilever beam subjected to a follower compressive load is presented. Based on the Timoshenko beam theory. The vibration analysis on such cracked beam is conducted to identify the critical follower force for flutter instability based on the variation of the first two resonant frequencies of the beam. Besides, the effect of the crack's intensity and location on the flutter follower force is studied. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. Generally, the critical follower force for flutter is proportional to the crack depth.
This paper established the dynamic model of a flexible Timoshenko beam with geometrical nonlinearities subject to large overall motions by using the finite element method. The equations of motion are derived by using Hamilton principle based on expressing the kinetic and potential energies of the flexible beam in terms of generalized coordinates. The nonlinear constraint equations are adjoined to the system equations of motion by using Lagrange multipliers.
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.
This paper presents the exact dynamic element for composite Timoshenko beam, which is inherently subject both to bending and torsional vibration. The coupling effect between bending and torsional vibrations is rigorouly considered in the derivation of the exact dynamic element. Two examples are provided to validate and illustrate the proposed exact dynamic element matrix for composite Timoshenko beam.
In this paper, the purpose is to investigate the stability of cracked Timoshenko cantilever beams subjected to subtangential follower force. In addition, an analysis of the instability(critical follower force of flutter and divergence) of a cracked beam as slenderness ratio and subtangential coefficient is investigated. The governing differential equations of a Timoshenko beam subjected to an end tangential follower force is derived via Hamilton's principle. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. The results of this study will contribute to the safety test and stability estimation of structures of a cracked beam subjected to subtangential follower force.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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