Two active/passive vibration dampers were designed to control a cantilever beam first mode of vibration. The active element was a piezoelectric polymer, polyvinlidene fluoride (PVDF). The passive damping was provided by the application of a viscoelastic layer on the surface of the steel beam. Two substantially different damper configurations were designed and tested. One damper consisted of a piezoelectric actuator bonded to one face of the beam, with a viscoelastic layer applied to the other surface of the beam. The second one was composed of a layer viscoeastic layer with one surface bonded to the beam, and with other being constrained by nine piezoelectric actuators connected in parallel. A control law based on the sign of the angular velocity of the cantilever beam was implemented to control the beam first mode of vibration. The piezoelectric sensor output was digitally differentiated to obtain the transverse linear velocity, and its sign was used in the control algorith. Two dampers provided the system a damping increase of a factor of four for the first damper and three for the second damper. Both dampers were found to work well at low levels of vibration, suggesting that they can be used effectively to prevent resonant vibrations in flexible structure from initiating and building up.
In this paper, a higher order shear deformation beam theory is developed for static and free vibration analysis of functionally graded beams. The theory account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present higher-order shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies. Different higher order shear deformation theories and classical beam theories were used in the analysis. A static and free vibration frequency is given for different material properties. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.4
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pp.384-391
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2011
This paper deals with free vibrations of the parabolic hollowed beam-columns with constant volume. The cross sections of beam-column taper are the hollowed regular polygons whose depths are varied with the parabolic functional fashion. Volumes of the objective beam-columns are always held constant regardless given geometrical conditions. Ordinary differential equation governing free vibrations of such beam-columns are derived and solved numerically for determining the natural frequencies. In the numerical examples, hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped end constraints are considered. As the numerical results, the relationships between non-dimensional frequency parameters and various beam-column parameters such as end constraints, side number, section ratio, thickness ratio and axial load are reported in tables and figures.
This paper presents an analytic method of examining the out-of-plane vibration of continuous curved beam on periodical supports. The orthogonality of two distinct sets of mode shape functions is derived. The forced vibration of beam due to moving loads is examined. Two types of moving loads, which are concentrated load and uniformly distributed load, are considered. The response characteristics of beam induced by these loads are investigated as well.
Vibration energy harvesting is an attractive technique for potential powering of low power devices such as wireless sensors and portable electronic applications. Most energy generator developed to date are single vibration frequency based, and while some efforts have been made to broaden the frequency range of energy harvester. In this work, The effect of energy harvesting were investigated at various vibration frequencies, vibration beams, vibration point and test masses. The maximum output voltage of the bimorph piezoelectric cantilever was shifted according to vibration point. Vibration frequency with maximum output voltage decreased with the increasing length of vibration beam and increasing test mass. The sample with vibration beam length 0.5 L generated a peak output voltage of 32 $V_{rms}$ and shows a 45 % increase in voltage output in comparison to the corresponding original bimorph. It was found that a piezoelectric bimorph has a possibility to be as the energy harvesting cantilever, which is successfully tuned over a vibration frequency range to enable a maximum harvesting energy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.220-225
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2001
Asymmetric beams cause complicated vibration phenomena due to the inherent bending-torsion coupled vibration. In this paper, an exact dynamic element matrix for the bending-torsion coupled vibration of asymmetric beam is derived. An application of the derived exact dynamic element matrix is demonstrated by an illustrative example, wherein the natural frequencies by the proposed modeling method are compared with those available in the literature. Another numerical example is also illustrated which deals with a general beam with joints. The numerical study shows that the exact dynamic element model is useful for the dynamic analysis of asymmetric bending-torsion coupled beams.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.6
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pp.420-425
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2015
In this paper a transfer matrix method is developed to solve for bending vibration of beam with linearly reduced width, and subsequently used to determine the exact natural frequencies for such problems. The differential equation, shear force, and bending moment are derived from Hamilton's principle, and the roots of the differential equation are computed using the power series solution of the Frobenius method. The effect of various taper ratio for bending vibration of beam with linearly reduced width is investigated in detail, and to validate the accuracy of the proposed method the results computed are compared with those given from commercial software(ANSYS).
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).
Free vibration characteristics of cantilevered laminated composite beams with a transverse non0propagating open carck are investigated. In the present analysis a special ply-angle distribution referred to as asymmetric stiffness configuration inducing the elastic coupling between chord-wise bending and extension is considered. The open crack is modelled as an equivalent rotational spring whose spring constant is calculated on the basis of fracture mechanics of composite material structures. Governing equations of a composite beam with a open crack are derived via Hamilton's Principle and Timoshenko beam theory encompassing transverse shear and rotary inertia effect. the effects of various parameters such as the ply angle, fiber volume fraction, crack depth, crack position and transverse shear on the free vibration characteristics of the beam with a crack is highlighted. The numerical results show that the natural frequencies obtained from Timoshenko beam theory are always lower than those from Euler beam theory. The presence of intrinsic cracks in anisotropic composite beams modifies the flexibility and in turn free vibration characteristics of the structures. It is revealed that non-destructive crack detection is possible by analyzing the free vibration responses of a cracked beam.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.8
no.4
s.23
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pp.130-135
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2005
This paper presents application possibility of Lightweight Piezoceramic Composite Actuator(LIPCA) to suppress vibration of dynamic structures as an actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric layer, a carbon/epoxy layer and glass/epoxy layers. When compared to the bare piezoelectric ceramic(PZT), LIPCA has advantages such as high performance, durability and reliability. In this study, performances of LIPCA have been estimated in an active vibration control system. Experiments were performed on an aluminum beam with cantilever configuration. In this test, strain gages and single LIPCA are attached on the aluminum beam with epoxy resin. Digital ON-OFF control algorithm is applied into the system to exhibit performance of LIPCA as actuator in active vibration control system. First, we performed static actuation test of bare PZT and LIPCA in order to show the superiority of LIPCA. Secondly, we carried out beam vibration control test using LIPCA. The results showed LIPCA could suppress free vibration of the aluminum beam, which means that LIPCA can be applied as an actuator to control vibration of dynamic structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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