Kerboua, Y.;Lakis, A.A.;Thomas, M.;Marcouiller, L.
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.1
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pp.91-111
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2008
This paper outlines the development of a computational model in order to analyze the dynamic behaviour of coupled fluid-structure systems such as a) liquid containers, b) a set of parallel or radial plates. In this work a hybrid fluid-solid element is developed, capable of simulating both membrane and bending effects of the plate. The structural mass and stiffness matrices are determined using exact integration of governing equations which are derived using a combination of classical plate theory and a finite element approach. The Bernoulli equation and velocity potential function are used to describe the liquid pressure applied on the solid-fluid element. An impermeability condition assures a permanent contact at the fluid-structure interface. Applications of this model are presented for both parallel and radial plates as well as fluid-filled rectangular reservoir. The effect of physical parameters on the dynamic behaviour of a coupled fluid-structure system is investigated. The results obtained using the presented approach for dynamic characteristics such as natural frequency are in agreement to those calculated using other theories and experiments.
The present article addresses the coupled free vibration problem of skew magneto-electro-elastic plates (SMEE) considering the temperature-moisture dependent material properties. The plate kinematics follows Reddy's higher order shear deformation theory. With the aid of finite element methods, the governing equations of motion are derived considering the Hamilton's principle and solved by adopting condensation technique. The influence of different temperature and moisture dependent empirical constants on the frequency response of SMEE plate has been assessed. In addition, the natural frequencies corresponding to various fields are evaluated and the effect of empirical constants on these coupled frequencies is determined. A detailed parametric study has been carried out to assess the individual effects of temperature and moisture dependent empirical constants along with their combined effect, aspect ratio, length-to-width ratio, stacking sequence and boundary conditions. The results reveal that the external environment as well as the geometrical skewness has a significant influence on the stiffness of the SMEE plates.
Film boiling is of great importance in nuclear safety as it directly influences the integrity of nuclear fuel in case of accidents involving loss of coolant. Recently, nuclear power plant safety under earthquake conditions has received much attention. However, to the best of our knowledge, there are no existing studies reporting film boiling in an oscillating system. Most previous studies for film boiling were performed on stationary systems. In this study, numerical simulations were performed for saturated film boiling of water on a horizontal surface under low frequencies to investigate the effect of system oscillation on film boiling heat transfer. A coupled level-set and volume-of-fluid method was used to track the interface between the vapor and liquid phases. With a fixed oscillation amplitude, overall, heat transfer decreases with oscillation frequency. However, there is a frequency region in which heat transfer remains nearly constant. This lock-on phenomenon occurs when the oscillation frequency is near the natural bubble release frequency. With a fixed oscillation frequency, heat transfer decreases with oscillation amplitude. With a fixed maximum amplitude of the additional gravity, heat transfer is affected little by the combination of oscillation amplitude and frequency.
This paper provides a variety of viewpoints to illustrate the mechanism of the deck-stay interaction with the appropriate initial shapes of cable-stayed bridges. Based on the smooth and convergent bridge shapes obtained by the initial shape analysis, the one-element cable system (OECS) and multi-element cable system (MECS) models of the Kao Ping Hsi Bridge in Taiwan are developed to verify the applicability of the analytical model and numerical formulation from the field observations in the authors' previous work. For this purpose, the modal analysis of the two finite element models are conducted to calculate the natural frequency and normalized mode shape of the individual modes of the bridge. The modal coupling assessment is also performed to obtain the generalized mass ratios among the structural components for each mode of the bridge. The findings indicate that the coupled modes are attributed to the frequency loci veering and mode localization when the "pure" deck-tower frequency and the "pure" stay cable frequency approach one another, implying that the mode shapes of such coupled modes are simply different from those of the deck-tower system or stay cables alone. The distribution of the generalized mass ratios between the deck-tower system and stay cables are useful indices for quantitatively assessing the degree of coupling for each mode. These results are demonstrated to fully understand the mechanism of the deck-stay interaction with the appropriate initial shapes of cable-stayed bridges.
The interaction between a sloshing liquid damper (SLD) tank and a rectangular pontoon was investigated under the assumption of the linear potential theory. The eigenfunction expansion method was used not only for the sloshing problem in the SLD tank but also for analyzing the motion responses of a rectangular pontoon in waves. If the frictional damping due to the viscosity of the SLD tank was ignored, the effect of the SLD appeared to be an added mass in the coupled equation of motion. The installation of the SLD tank had a greater effect on the roll motion response than the sway and heave motion of the pontoon. One resonance peak for rolling motion showed up in the case of a frozen liquid in the SLD tank. However, if liquid motion in the SLD tank was allowed, two peaks appeared around the first natural frequency of the fluid in the SLD tank. In particular, the peak value located in the low-frequency region had a relatively large value, and the peak frequency located in the high-frequency region moved into the high-frequency region as the depth of the liquid in the tank increased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.190-197
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1998
Equations of motions of a pretwisted rotating blade with a concentrated mass in an arbitrary position are derived. The flapwise and chordwise equations are coupled to each other due to the pretwist angle of the blade. As the angular speed, hub radius ratio, pretwist angle and concentrated mass vary, the vibration characteristics of the blade change. It is found that eigenvalue lociveering phenomena occur between two closing loci due to the pretwist angle. The effect of the pretwist angle on the critical angular speed and location of the concentrated mass on the natural frequencies are also investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.855-860
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2006
In this paper, a numerical case study is carried out on the hydroelastic vibration of rectangular plate with various fluid field. It is assumed that the tank wall is clamped along the plate edges. The VMM(Virtual Mass Method) of Nastran is used for the simulation of fluid domain and calculating natural frequency of fluid-coupled structure. In this paper, natural frequencies are calculated and compared for rectangular plates with various fluid field such as infinite fluid and finite fluid, length change of finite fluid field and various fluid contacting conditions.
The study deals with the vibration of a beam whose flexural and centroidal axes are not coincident. The elementary bending-twisting theory is employed to derive the equation of motion, in which the effects of rotary inertia are added to the bending displacements and the effects of warping are added to the twist. Bending translation is restricted to one direction so that one bending equation is used instead of two. The equations of motion are solved by using the boundary value problem. The exact natural frequencies are fund from the frequency equation, which is obtained from the condition that the homogeneous system of algebraic equations representing the spatial solution shall not yield a trivial solution. The orthogonal conditions are established, and the principal mode equations of forced vibration are derived. As an example, the cantilevered beam is chosen and the first some natural frequencies and their modal shapes are found.
Three dimensional solutions for free vibrations analysis of functionally graded fiber reinforced cylindrical panel are presented, using differential quadrature method (DQM). The orthotropic panel is simply supported at the edges and is assumed to have an arbitrary variation of reinforcement volume fraction in the radial direction. Suitable displacement functions that identically satisfy the simply supported boundary condition are used to reduce the equilibrium equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients, which can be solved by differential quadrature method to obtain natural frequencies. The main contribution of this work is presenting useful results for continuous grading of fiber reinforcement in the thickness direction of a cylindrical panel and comparison with similar discrete laminate composite ones. Results indicate that significant improvement is found in natural frequency of a functionally graded fiber reinforced composite panel due to the reduction in spatial mismatch of material properties.
Sharma, Nitin;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.1
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pp.93-107
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2017
The article presents the vibration and acoustic responses of un-baffled doubly curved laminated composite panel structure under the excitation of a harmonic point load. The structural responses are obtained using a simulation model via ANSYS including the effect various geometries (cylindrical, elliptical, spherical and hyperboloid). Initially, the model has been established by solving adequate number of available examples to show the convergence and comparison behaviour of the natural frequencies. Further, the acoustic responses are obtained using an indirect boundary element approach for the coupled fluid-structure analysis in LMS Virtual.lab by importing the natural frequency values. Subsequently, the values for the sound power level are computed using the present numerical model and compared with that of the available published results and in-house experimentally obtained data. Further, the acoustic responses (mean-square velocity, radiation efficiency and sound power level) of the doubly curved layered structures are evaluated using the current simulation model via several numerical experimentations for different structural parameters and corresponding discussions are provided in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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