Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.6
no.4
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pp.353-360
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1982
The determination of the natural frequencies and mode shapes for thin conical shell is an important step not only in the investigation of the dynamic response of the composite structures such as missile cone, mose firings, but also in the analysis of the acoustic behavior of bells. A Rayleigh-Ritz procedure was used to determine the natural frequencies for a certain class of mode shapes of a thin conical shell built in on the edge with the smaller radius and free on the other edge. Both bending and extensional energy are included in the analysis. This paper described the experiments on the two natural frequencies which are present in association with two preferential modal directions, as a result of imperfection of the thin conical shell. Experimental work was conducted on two different bronze conical shells. One of these was specially designed to the effects of the adding distributed mass to the end of the conical shell. The other shells were identical in all dimensions except that of the thickness to the end of the conical shell. In this paper, the effect of a adding mass to a conical shell was investigated. Experimental result was that the magnitude of the natural frequency rate and the increase of depth of beat frequency depend upon the location of adding lumped mass on the surface of the conical shell.
In this paper free linear vibration of lattice composite conical shells will be investigated. Lattice composite conical shell consists of composite helical ribs and thin outer skin. A smeared method is employed to obtain the variable coefficients of stiffness of conical shell. The ribs are modeled as a beam and in addition to the axial loads, endure shear loads and bending moments. Therefore, theoretical formulations are based on first-order shear deformation theory of shell. For verification of the obtained results, comparison is made with those available in open literature. Also, using FEM software the 3D finite element model of composite lattice conical shell is built and analyzed. Comparing results of analytical and numerical analyses show a good agreement between them. Some special cases as variation of geometric parameters of lattice part, effect of the boundary conditions and influence of the circumferential wave numbers on the natural frequencies of the conical shell are studied. It is concluded, when mass and the geometrical ratio of the composite lattice conical shell do not change, increment the semi vertex angle of cone leads to increase the natural frequencies. Moreover for shell thicknesses greater than a specific value, the presence of the lattice structure has not significant effect on the natural frequencies. The obtained results have novelty and can be used for further and future researches.
This paper deals with the free vibrations of truncated conical shell with uniform thickness by the transfer influence coefficient method. The classical thin shell theory based upon the $Fl\ddot{u}gge$ theory is assumed and the governing equations of a conical shell are written as a coupled set of first order differential equations using the transfer matrix. The Runge-Kutta-Gill integration and bisection method are used to solve the governing differential equations and to compute the eigenvalues respectively. The natural frequencies and corresponding mode shapes are calculated numerically for the truncated conical shell with any combination of boundary conditions at the edges. And all boundary conditions and the intermediate supports between conical shell and foundation could be treated only by adequately varying the values of the spring constants. Numerical results are compared with existing exact and numerical solutions of other methods.
In this study, open conical shells with ring and stringers are analyzed A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of conical shell structures is used and 3-D beam element is used for stiffeners. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types(beam element) of finite elements. Optimum location and optimum section properties of ring and stinger are obtained. It is shown thai the thickness of conical shell can be reduced about $20\~50\%$ by appropriate location of stiffeners.
In this study, composite laminated conical shells with ring stiffeners are analyzed. A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of conical shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types(beam element) of Optimum location and optimum section properties of ring stiffeners are obtained. It is shown that the thickness of conical shell is reduced about 20% by optimum ring stiffeners.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.82-88
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2007
Thermal Buckling and free vibration analyses of multi-layered composite conical shells based on a layerwise displacement theory are performed. The Donnell's displacement-strain relationships of conical shell structure are applied. The natural frequencies are compared with the ones existing in the previous literature for laminated conical shells with several cone semi-vertex angles. Moreover, the thermal buckling behaviors of the laminated conical shell are investigated to consider the effect of the semi-vertex angle, subtended angle, and radius to thickness ratio on the structural stability.
As a basic study on the fluid-structure interaction of the shell structure, a theoretical formulation has been suggested on the free vibration of a thin-walled conical frustum shell filled with an ideal fluid, where the shell is assumed to be fixed at both ends. The motion of fluid coupled with the shell is determined by means of the velocity potential flow theory. In order to calculate the normalized natural frequencies that represent the fluid effect on a fluid-coupled system, finite element analyses for a fluid-filled conical frustum shell are carried out. Also, the effect of apex angle on the frequencies is investigated.
This paper is presented for the free vibration of a conical shell with annular plates or circular plate using the transfer of influence coefficient. The governing equations of vibration of a conical shell, including annular plate, are written as a coupled set of first order differential equations by using the transfer matrix of the shell. Once the transfer matrix of a single component has been determined, the entire structure matrix is obtained by the product of each component matrix and the joining matrix. The natural frequencies and the modes of vibration were calculated numerically for joined conical-annular plates. The validity of the present method is demonstrated through simple numerical examples, and through comparison with the results of finite element method, transfer matrix method and ANSYS. The conclusion show that the present method can accurately obtain natural vibration characteristics of the conical shell with annular or circle end plates.
This describes the formulation for the free vibration of joined conical-cylindrical shells with uniform thickness using the transfer of influence coefficient. This method was developed based on successive transmission of dynamic influence coefficients, which were defined as the relationships between the displacement and the force vectors at arbitrary nodal circles of the system. The two edges of the shell having arbitrary boundary conditions are supported by several elastic springs with meridional/axial, circumferential, radial and rotational stiffness, respectively. The governing equations of vibration of a conical shell, including a cylindrical shell, are written as a coupled set of first order differential equations by using the transfer matrix of the shell. Once the transfer matrix of a single component has been determined, the entire structure matrix is obtained by the product of each component matrix and the joining matrix. The natural frequencies and the modes of vibration were calculated numerically for joined conical-cylindrical shells. The validity of the present method is demonstrated through simple numerical examples, and through comparison with the results of previous researchers.
M.D. Nurul Izyan;K.K. Viswanathan;D.S. Sankar;A.K. Nor Hafizah
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.601-610
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2024
Free vibration of layered conical shell frusta of thickness filled with fluid is investigated. The shell is made up of isotropic or specially orthotropic materials. Three types of thickness variations are considered, namely linear, exponential and sinusoidal along the radial direction of the conical shell structure. The equations of motion of the conical shell frusta are formulated using Love's first approximation theory along with the fluid interaction. Velocity potential and Bernoulli's equations have been applied for the expression of the pressure of the fluid. The fluid is assumed to be incompressible, inviscid and quiescent. The governing equations are modified by applying the separable form to the displacement functions and then it is obtained a system of coupled differential equations in terms of displacement functions. The displacement functions are approximated by cubic and quintics splines along with the boundary conditions to get generalized eigenvalue problem. The generalized eigenvalue problem is solved numerically for frequency parameters and then associated eigenvectors are calculated which are spline coefficients. The vibration of the shells with the effect of fluid is analyzed for finding the frequency parameters against the cone angle, length ratio, relative layer thickness, number of layers, stacking sequence, boundary conditions, linear, exponential and sinusoidal thickness variations and then results are presented in terms of tables and graphs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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