A Stepped beam with immovable ends under forced vibrations with large amplitude is investigated by using the finite element method and the Ritz vectors. Unlike the Eigen vectors, the Ritz vectors are generated by a simple recurrence relation. Moreover the Ritz vectors yield much faster convergence with respect to the number of vectors used than the use of Eigen vectors. The computer program is developed for nonlinear analysis using Ritz vectors instead of Eigen vectors and numerical examples are analysed for deflections and natural frequencies of stepped beam under various support conditions. Results show that the proposed method is valid and efficient.
The accurate dynamic analysis of structures is usually performed by a fine finite element discretization with very large number of degrees of freedom. Apart from modal analysis, one can reduce the number of final equations by assuming the deformed shape of the structure as a linear combination of independent Ritz vectors. The efficiency of this method relies heavily on the vectors selected. In this paper, a new set of Ritz vectors is proposed. It is primarily proved that these vectors are linearly independent. Subsequently, various two and three-dimensional examples are analyzed based on the proposed method. In each case, the results are compared with the ones obtained based on usual Ritz and modal analysis methods. It is finally concluded that the proposed method is very effective and efficient method for dynamic analysis of structures in frequency domain.
We apply an Intermediate Problem Method to compute eigenvalues of an anharmonic oscillator. The method produces lower bounds to the eigenvalues while the Rayleigh-Ritz method yields upper bounds. We show the convergence rate of the Intermediate Problem Method is the same as the rate of the Rayleigh-Ritz method.
In general, the dynamic analysis with FEM(Finite Element Method) of large structures requires large computer memory space and long computational time. For the purpose of economical dynamic analysis of large structures, most of engineers want to use an efficient solution algorithm. This paper reports the modified CMS(Component Mode Synthesis) method which uses more efficient algorithm than the classical CMS method. In this paper, it is shown that Ritz vector sets can play the role of normal mode vector sets of substurctures in the CMS algorithm. The modified CMS method has good convergence performance compared with that of the classical CMS method.
This paper presents a domain decomposition method for buckling analysis of rectangular Kirchhoff plates subjected to uniaxial inplane load and with mixed edge support conditions. A plate is decomposed into two rectangular subdomains along the change of the discontinuous support conditions. The automated Ritz method is employed to derive the governing eigenvalue equation for the plate system. Compatibility conditions are imposed for transverse displacement and slope along the interface of the two subdomains by modifying the Ritz trial functions. The resulting Ritz function ensures that the transverse displacement and slope are continuous along the entire interface of the two subdomains. The validity and accuracy of the proposed method are verified with convergence and comparison studies. Buckling results are presented for several selected rectangular plates with various combination of mixed edge support conditions.
본 논문에서는 고정, 단순, 또는 자유 연단 조건의 세 가지의 다른 조합을 갖는 마름모꼴형 평판의 진동에 대한 엄밀한 해석방법을 제시하였다. 본 논문의 주된 관점은 마름모꼴형 평판 둔각모서리에서 형성되는 모멘트특이도를 엄밀히 고려하여 해석하는 것이다. 단 영역 Lagrangian 범함수의 정상조건이 Ritz방법을 이용하여 유도되었다. 진동수의 수렴에 대한 연구는 모서리함수가 수렴속도를 가속화하는 것을 보여주고 있다. 본 논문에서는 모서리 응력특이도의 영향이 이해될 수 있도록 상당히 큰 둔각모서리를 갖는 마름모꼴 형 평판에 대한 정확한 진동수와 수직진동변위의 전형적인 등고선을 제시하였다.
For the first time, nonlocal damped vibration and buckling analyses of arbitrary tapered bidirectional functionally graded solid circular nano-plate (BDFGSCNP) are presented by employing modified spectral Ritz method. The energy method based on Love-Kirchhoff plate theory assumptions is applied to derive neutral equilibrium equation. The Eringen's nonlocal continuum theory is taken into account to capture small-scale effects. The characteristic equations and corresponding first mode shapes are calculated by using a novel modified basis in spectral Ritz method. The modified basis is in terms of orthogonal shifted Chebyshev polynomials of the first kind to avoid employing adhesive functions in the spectral Ritz method. The fast convergence and compatibility with various conditions are advantages of the modified spectral Ritz method. A more accurate multivariable function is used to model two-directional variations of elasticity modulus and mass density. The effects of nanoscale, in-plane pre-load, distributed dashpot, arbitrary tapering, pinned and clamped boundary conditions on natural frequencies and buckling loads are investigated. Observing an excellent agreement between results of current work and outcomes of previously published works in literature, indicates the results' accuracy in current work.
This paper reports the first known free vibration data for thin rectangular plates with V-notches. The classical Ritz method is employed with two sets of admissible functions assumed for the transverse vibratory displacements. These sets include (1) mathematically complete algebraic-trigonometric polynomials which guarantee convergence to exact frequencies as sufficient terms are retained, and (2) corner functions which account for the bending moment singularities at the sharp reentrant corner of the Y-notch. Extensive convergence studies summarized herein confirm that the corner functions substantially enhance the convergence and accuracy of nondirectional frequencies for rectangular plates having the V-notch. In this paper, accurate frequencies and normalized contours of vibratory transverse displacement are presented for various notched plates, so that the effect of corner stress singularities may be understood.
Free vibration analysis of super-elliptical composite thin plates was investigated. Plate is formed by symmetrical quasi-isotropic laminates. Rayleigh-Ritz method was used for parametric analysis based on the governing differential equations of Classical Laminated Plate Theory (CLPT). Simply supported and clamped boundary conditions at the periphery of plates were considered. Parametric study was performed for the effect of different lamination type, aspect ratio, thickness and super-elliptical power on natural frequencies. Convergence study and validation of isotropic case were achieved. A number of design parameters like different dimensions, structure systems, panel sizes, panel thicknesses, lamination sequences, boundary conditions and loading conditions must be considered in the production of composite ships. The number of possible combinations practically may be so high that a parametric study should be carried out in order to determine the optimum design parameters rapidly during the preliminary design stage. The use of Rayleigh-Ritz method could make this parametric study possible. Thereby it might be decreasing the consumption of time, material and labor. Certain results for some different super-elliptical powers presented in tabulated form in Appendix for designers as well.
Analytical (Rayleigh-Ritz method) and numerical studies are carried out and buckling interaction curves are developed for simply supported plates of varying aspect ratios ranging from 1 to 5, under the combined action of in-plane shear and tension. A multi-step buckling procedure is employed in the Finite Element (FE) model instead of a regular single step analysis in view of obtaining the buckling load under the combined forces. Both the analytical (classical) and FE studies confirm the delayed shear buckling characteristics of thin plate under the combined action of shear and tension. The interaction curves are found to be linear and are found to vary with plate aspect ratio. The interaction curve developed using Rayleigh-Ritz method is found to deviate in an increasing trend from that of validated FE model as plate aspect ratio is increased beyond value of 1. It is found that the observed deviation is due to the insufficient number of terms that is been considered in the assumed deflection function of Rayleigh-Ritz method and a convergence study is suggested as a solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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