To investigate the surface effects on vibration of embedded circular curved nanosize beams, nonlocal elasticity model is used in combination with surface properties including surface elasticity, surface tension and surface density for modeling the nano scale effect. The governing equations are determined via the energy method. Analytically Navier method is utilized to solve the governing equations for simply supported at both ends. Solving these equations enables us to estimate the natural frequency for circular curved nanobeam including Winkler and Pasternak elastic foundations. The results determined are verified by comparing the results by available ones in literature. The effects of various parameters such as nonlocal parameter, surface properties, Winkler and Pasternak elastic foundations and opening angle of circular curved nanobeam on the natural frequency are successfully studied. The results reveal that the natural frequency of circular curved nanobeam is significantly influenced by these effects.
The aim of this work is to analyze and predict the wave propagation behavior of the carbon nanotube reinforced composites (CNTRC) beams within the framework of various higher order shear deformation beam theory. Using the Euler-Lagrange principle, the wave equations for CNTRC beams are derived, where the determining factor is to make the determinant equal to zero. Based on the eigenvalue method, the relationship between wave number and circular frequency is obtained. Furthermore, the phase and group velocities during wave propagation are obtained as a function of wave number, and the material properties of CNTRC beams are estimated by the mixture rule. In this paper, various higher order shear beam theory including Euler beam theory, Timoshenko beam theory and other beam theories are mainly adopted to analyze the wave propagation problem of the CNTRC beams, and by this way, we conduct a comparative analysis to verify the correctness of this paper. The mathematical model provided in this paper is verified numerically by comparing it with some existing results. We further investigate the effects of different enhancement modes of CNTs, volume fraction of CNTs, spring factor and other aspects on the wave propagation behaviors of the CNTRC beams.
미분구적법을 이용하여, 전단변형을 고려하지 않은, 단면적이 변하는 비대칭 곡선 보의 면내 자유진동을 해석하였다. 다양한 경계조건 및 굽힘 각에 따른 진동수를 계산하였고, 그 결과를 다른 수치해석들과 비교하였다. 미분구적법은 비교적 적은 요소를 사용하고도 정확한 해석결과를 보여준다.
This paper deals with the free vibrations curved beams with elastic springs. Taking into account the effects of rotatory inertia and shear deformation, differential equations governing the free vibrations of such beams are derived, in which each elastic spring is modeled as a discrete Winkler foundation with very short longitudinal length. Differential equations are solved numerically to calculate natural frequencies and mode shapes. In numerical examples, the circular, parabolic, sinusoidal and elliptic curved members are considered. The parametric studies are conducted and the lowest four frequency parameters are reported in tables and figures as the non-dimensional fonns. Also the typical mode shapes are presented.
Oyawa, Walter O.;Sugiura, Kunitomo;Watanabe, Eiichi
Steel and Composite Structures
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제4권4호
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pp.265-280
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2004
In view of the mounting cost of rehabilitating deteriorating infrastructure, further compounded by intensified environmental concerns, it is now obvious that the evolvement and application of advanced composite structural materials to complement conventional construction materials is a necessity for sustainable construction. This study seeks alternative fill materials (polymer-based) to the much-limited cement concrete used in concrete-filled steel tubular structures. Polymers have been successfully used in other industries and are known to be much lighter, possess high tensile strength, durable and resistant to aggressive environments. Findings of this study relating to elasto-plastic characteristics of polymer concrete filled steel composite beams subjected to uniform bending highlight the enormous increase in stiffness, strength and ductility of the composite beams, over the empty steel tube. Moreover, polymer based materials were noted to present a wide array of properties that could be tailored to meet specific design requirements e.g., ductility based design or strength based design. Analytical formulations for design are also considered.
This paper deals with the influence of elastic foundations on natural frequencies of curved beams. Taking into account the effects of rotatoy inertia and shear deformation, the differential equations governing free, out-of-plane vibrations of circular curved beams resting on Winkler-type foundations are derived and solved numerically. Hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped end constraints are considered in numerical examples. The lowest three natural frequencies are claculated over a range of non-dimensional system parameters: the horizontal rise to span length ratio, the slenderness ratio, the foundation parameter, and the width ratio of contact area between the beam and foundation. The effects of rotatory inertia and shear deformation are also analyzed.
This paper deals with the free vibration analysis of horizontally circular mea beams with variable cross sectional width on elastic foundations. Taking into account the effects of rotatory inertia and shear deformation differential equations governing the free vibrations of such beams are derived, in which the Whlkler foundation model is considered as the elastic foundation. The variable width of beam is chosen as the linear equation. The differential equations are solved numerically to calculate natural frequencies. In numerical examples, the curved beam with the hinged-hinged, hinged-clamped, clamped-hinged and damped-clamped end constraints are considered The parametric studies are conducted and the lowest four frequency parameters are reported in figures as the non-dimensional forms.
In-plane vibrations of slightly curved beams having cracks are investigated numerically and experimentally. The curvature of the beam is circular and stays in the plane of vibration. Specimens made of steel with different lengths but with the same radius of curvature are used in the experiments. Cracks are opened using a hand saw having 0.4 mm thickness. Natural frequencies depending on location and depth of the cracks are determined using a Bruel & Kjaer 4366 type accelerometer. Then the beam is assumed as a Rayleigh type slightly curved beam in finite element method (FEM) including bending, extension and rotary inertia. A flexural rigidity equation given in literature for straight beams having a crack is used in the analysis. Frequencies are obtained numerically for different crack locations and depths. Experimental results are presented and compared with the numerical solutions. The natural frequencies are affected too much due to larger moments when the crack is around nodes. The effect can be neglected when it is at the location of maximum displacements. When the crack is close to the clamped end, the decrease in the frequencies in all modes is very high. The consistency of the results and validity of the equations are discussed.
The flexural strength of circular concrete-filled tubes (CCFT) can be estimated by several codes such as ACI, AISC, and Eurocode 4. In AISC and Eurocode, two methods are recommended, which are the strain compatibility method (SCM) and the plastic stress distribution method (PSDM). The SCM of AISC is almost the same as the SCM of the ACI method, while the SCM of Eurocode is similar to the ACI method. Only the assumption of the compressive stress of concrete is different. The PSDM of Eurocode approach is also similar to the PSDM of AISC, but they have different definitions of material strength. The PSDM of AISC is relatively easier to use, because AISC provides closed-form equations for calculating the flexural strength. However, due to the complexity of calculation of circular shapes, it is quite difficult to determine the flexural strength of CCFT following other methods. Furthermore, all these methods give different estimations. In this study, an effort is made to review and compare the codes to identify their differences. The study also develops a computing program for the flexural strength of circular concrete filled tubes under pure bending that is in accordance with the codes. Finally, the developed computing algorithm, which is programmed in MATLAB, is used to generate design aid graphs for various steel grades and a variety of strengths of steel and concrete. These design aid graphs for CCFT beams can be used as a preliminary design tool.
Dessouki, Abdelrahim K.;Yousef, Ahmed H.;Fawzy, Mona M.
Steel and Composite Structures
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제17권1호
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pp.83-103
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2014
The objective of this research is to study the ultimate moment capacity of the connections between steel I-beams and concrete-filled steel tube columns using different stiffener configurations. The main parameters considered are column cross section shape, square or circular, and filling the column with concrete. This analytical study includes finite element models using ANSYS program taking geometric and material nonlinearities into consideration. These models are verified against the experimental results obtained from previous researches and current design guides. The results show that using proper stiffener configuration affects the stress distribution through the connection and increases the ultimate moment capacity of the connections. Also, circular column is advantageous than the square column for all stiffener configurations and dimensions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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