For the spatially coupled free vibration analysis of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beam subjected to initial axial force, an exact dynamic element stiffness matrix of curved beam is evaluated. Firstly equations of motion and force-deformation relations are rigorously derived from the total potential energy for a curved beam element. Next a system of linear algebraic equations are constructed by introducing 14 displacement parameters and transforming the second order simultaneous differential equations into the first order simultaneous differential equations. And then explicit expressions for displacement parameters are numerically evaluated via eigensolutions and the exact $14{\times}14$ dynamic element stiffness matrix is determined using force-deformation relations. To demonstrate the accuracy and the reliability of this study, the spatially coupled natural frequencies of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beams subjected to initial axial forces are evaluated and compared with analytical and FE solutions using isoparametric and Hermitian curved beam elements and results by ABAQUS's shell elements.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.535-539
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2001
In these days. the finite element method(FEM) is a very common method for not only a simple vibration analysis but also the optimization of structures. Since the finite element model may contain thousands of degree of freedom, the eigensolutions require extreme computing power, which will result in a serious time-consuming problem. Thus, many researchers have challenged to find more improved modeling techniques and calculating methods to overcome such problems. The Guyan reduction method and the substructure synthesis method are typical examples of such methods. Of the substructure synthesis method, the component mode synthesis method (CMS) is widely used for dynamic analysis of structure. In this study. for the efficient analysis of jet loom structure. Component Mode Synthesis was carried out. The results of the finite element program developed are compared with those of the commercial package program ANSYS for the validation of the program. The results obtained by the program showed a good agreement with those of ANSYS. The program will be further refined and verified by test to yield more accurate results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.589-596
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2006
An improved numerical method to obtain the exact element stiffness matrix is newly proposed to perform the spatially coupled elastic and stability analyses of non-symmetric thin-walled beam-columns with two-types of elastic foundation. This method overcomes drawbacks of the previous method to evaluate the exact stiffness matrix for the spatially coupled stability analysis of thin-walled beam-column. This numerical technique is firstly accomplished via a generalized eigenproblem associated with 14 displacement parameters by transforming equilibrium equations to a set of first order simultaneous ordinary differential equations. Then exact displacement functions are constructed by combining eigensolutions and polynomial solutions corresponding to non-zero and zero eigenvalues, respectively. Consequently an exact stiffness matrix is evaluated by applying the member force-deformation relationships to these displacement functions.
The objective of the present research is to develop a wavelet-based multiscale adaptive Galerkin method for membrane eigenvalue analysis. Since approximate eigensolutions at a certain resolution level can be good guesses, which play an important role in typical iterative solvers, at the next resolution level, the multiresolution iterative solution approach by wavelets can improve the solutionconvergence rate substantially. The intrinsic difference checking nature of wavelets can be also utilized effectively to develop an adaptive strategy. The present wavelet-based approach will be implemented for the simplest vector iteration method, but some important aspects, such as convergence speedup, and the reduction in the number of nodes can be clearly demonstrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.3020-3027
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1993
Curved beam element has received attention because of its own usefulness and its bearing on general curved elements like shells. In conventional curved beam elements stiffness matrix is overestimated and eigensolutions are poor. To avoid this phenomenon it is necessary to use a large number of elements and, as a result, the total number of degrees of freedom is increased. In this paper the two-noded, with three degrees of freedom at each node, in-plane curvature-based curbed beam element is employed in eigen-analysis of curved beam. It is shown that the curvature-based beam element is very efficient in vibration analysis and also that it is applicable to both thin and thick curved beams.
A Chebyshev spectral method (CSM) for the dynamic analysis of non-uniform Timoshenko beams under various boundary conditions and concentrated masses at their ends is proposed. The matrix-based Chebyshev spectral approach was used to construct the spectral differentiation matrix of the governing differential operator and its boundary conditions. A matrix condensation approach is crucially presented to impose boundary conditions involving the homogeneous Cauchy conditions and boundary conditions containing eigenvalues. By taking advantage of the standard powerful algorithms for solving matrix eigenvalue and generalized eigenvalue problems that are embodied in the MATLAB commands, chebfun and eigs, the modal parameters of non-uniform Timoshenko beams under various boundary conditions can be obtained from the eigensolutions of the corresponding linear differential operators. Some numerical examples are presented to compare the results herein with those obtained elsewhere, and to illustrate the accuracy and effectiveness of this method.
The modified power method has been studied by many researchers to calculate the higher eigenmodes and accelerate the convergence of the fundamental mode. Its application to multidimensional problems may be unstable due to degenerated or near-degenerated eigenmodes. Complex eigenmode solutions are occasionally encountered in such cases, and the shapes of the corresponding eigenvectors may change during the simulation. These issues must be addressed for the successful implementation of the modified power method. Complex components are examined and an approximation method to eliminate the usage of the complex numbers is provided. A technique to fix the eigenvector shapes is also provided. The performance of the methods for dealing with those aforementioned problems is demonstrated with two dimensional one group and three dimensional one group homogeneous diffusion problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.11
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pp.2694-2703
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1993
In the vibration analysis of Timoshenko beams by the finite element method, it is necessary to use a large number of elements or higher-order elements in modeling thin beams. This is because the overestimated stiffness matrix due to the shear locking phenomenon when lower-order displacement-based elements are used yields poor eigensolutions. As a result, the total number of degrees of freedom becomes critical in view of computational efficiency. In this paper, the curvature-based formulation is applied to the vibration problem. It is shown that the curvaturebased beam elements are free of shear locking and very efficient in the vibration analysis.
This paper is within the framework of an adhered complete contact problem wherein the contact between a half plane and sharp edged indenter, both of which are elastic in character, is constituted. The eigensolutions of the contact shear and normal stresses, σrq and σq, respectively, are evaluated via asymptotic analysis. The ratio of σrq/σqq is investigated and compared with the coefficient of friction, μ, of the contact surface to observe the propensity to slip on the contact surface. Interestingly, there exists a region of |σrθ/σθθ| ≥ |μ|. Thus, slipping can occur, although the problem is solved under the condition of an adhered contact without slipping. Given that a tribological failure potentially occurs at the slipping region, it is important to determine the size of the slipping region. This aspect is also factored in the paper. A simple example of the adhered contact between two elastically dissimilar squares is considered. Finite element analysis is used to evaluate generalized stress intensity factors. Furthermore, it is repeatedly observed that slipping occurs on the contact surface although the size of it is extremely small compared with that of the contacting squares. Therefore, as a contribution to the field of contact mechanics, this problem must be further explained logically.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.11
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pp.1133-1143
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2009
Vibro-acoustic characteristics of a simplified disk-brake rotor containing a narrow radial slot are studied using a semi-analytical procedure. First, modal sound radiations for flexural and radial modes of a generic annular disk having identical key dimension and slot(with free boundaries) are defined using pre-developed analytical solutions based on the modal vibrations from finite element model. The analytical solutions are validated by fully computational methods. Second, sound radiation from a simplified brake rotor simulated using sound radiation solution of the generic disk based on the rotor eigensolutions computed using a finite element code. Predictions by the semi-analytical method matched well numerical calculations using finite element and boundary element method. Finally, sound radiation and vibration characteristics for the example rotor due to a harmonic excitation fixed to the rotor or rotating around the rotor are also obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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