In this work, the dynamic response of functionally graded beams on variable elastic foundations is studied using a novel higher-order shear deformation theory (HSDT). Unlike the conventional HSDT, the present one has a new displacement field which introduces undetermined integral variables. The FG beams were assumed to be supported on Winkler-Pasternak type foundations in which the Winkler modulus is supposed to be variable in the length of the beam. The variable rigidity of the elastic foundation is assumed to be linear, parabolic and sinusoidal along the length of the beam. The material properties of the FG porous beam vary according to a power law distribution in terms of the volume fraction of the constituents. The equations of motion are determined using the virtual working principle. For the analytical solution, Navier method is used to solve the governing equations for simply supported porous FG beams. Numerical results of the present theory for the free vibration of FG beams resting on elastic foundations are presented and compared to existing solutions in the literature. A parametric study will be detailed to investigate the effects of several parameters such as gradient index, thickness ratio, porosity factor and foundation parameters on the frequency response of porous FG beams.
The objective of this paper is to develop a program for distortional analysis of steel box girder bridges. This program is formulated by using MSDM(modified slope deflection method). Two examples are carried out to verify the validity of the developed technique and its computation procedures. The analyzed results are compared with the previously proposed methods, BEF(beam on elastic foundation) and EBEF(equivalent beam on elastic foundation). The BEF method is limited only to prismatic straight box girders. In the EBEF method, stiffness of the intermediate diaphragms is infinitely considered. On the other hand, stiffness of the intermediate diaphragms is idealized as spring contant in this study. And then, nonprismatic straight box girders can be analyzed using the same procedure. Therefore, the comparison shows that the MSDM algorithm proposed in this paper is more efficient and reliable. Also parametric studies are perfomed using the proposed algorithm.
This disquisition proposes a nonlocal strain gradient beam theory for thermo-mechanical dynamic characteristics of embedded smart shear deformable curved piezoelectric nanobeams made of porous electro-elastic functionally graded materials by using an analytical method. Electro-elastic properties of embedded curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary through the thickness direction of beam according to the power-law which is modified to approximate material properties for even distributions of porosities. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, so in this study thermo-mechanical vibration analysis of curve FG piezoelectric nanobeam by considering the effect of these imperfections is performed. Nonlocal strain gradient elasticity theory is utilized to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field. The governing equations and related boundary condition of embedded smart curved porous FG nanobeam subjected to thermal and electric field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved piezoelectric nanobeam resting on Winkler and Pasternak foundation. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, electric voltage, coefficient of porosity, elastic foundation parameters, thermal effect, gradient index, strain gradient, elastic opening angle and slenderness ratio on the natural frequency of embedded curved FG porous piezoelectric nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play important roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
'Distortional buckling' is one of the predominant buckling types that may occur in a steel-concrete composite box beam (SCCBB) under a negative moment. The key factors, which affect the buckling modes, are the torsional and lateral restraints of the bottom plate of a SCCBB. Therefore, this article investigates the equivalent lateral and torsional restraint rigidity of the bottom plate of a SCCBB under a negative moment; the results of which show a linear coupling relationship between the applied forces and the lateral and/or torsional restraint stiffness, which are not depended on the cross-sectional properties of a SCCBB completely. The mathematical formulas for calculating the lateral and torsional restraint rigidity of the bottom plate can be used to estimate: (1) the critical distortional buckling stress of SCCBBs under a negative moment; and (2) the critical distortional moment of SCCBBs. This article develops an improved calculation method for SCCBBs on an elastic foundation, which takes into account the coupling effect between the applied forces and the lateral and/or torsional restraint rigidity of the bottom plate. This article analyzes the accuracy of the following calculation methods by using 24 examples of SCCBBs: (1) the conventional energy method; (2) the improved calculation method, as it has been derived in this article; and (3) the ANSYS finite element method. The results verify that the improved calculation method, as it has been proved in this article, is more accurate and reliable than that of the current energy method, which has been noted in the references.
The possibility of energy harvesting as well as controlled vibration of a three-layered beam consisting of two piezoelectric layer and one core layer made of nonpiezoelectric material is investigated using paradox-free local/nonlocal theory. The three-layered nanobeam is resting on an elastic foundation and subjected to a blast load. Also, the core layer is made of Nano-composites reinforced by CNTs and carbon fibers (MHCD). Governing equations as well as boundary conditions are obtained using Hamilton,s principle. The equations discretized by Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) and solved by Newmark beta method. In addition, two differential and integral gains are employed for controlling the forced vibration. The size-dependency of the elastic foundation is considered using two-phase elasticity. The effect of elastic foundation, control gains, nonlocal factor, as well as parameters affecting the core material on the forced vibration and energy harvesting is investigated in detail. The equations as well as solution procedure is validated utilizing some compassion studies. This work can be a basis for future studies on energy harvesting and controlled vibration in small scales.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.83-91
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1991
In this paper the dynamic analysis of the multi-span beam on elastic foundation, which include discrete transnational and rotational springs, was performed. Furthermore, the effects of the intermediate supports were investigated. As a solution method, first the orthogonal polynomial functions which satisfy both the geometric and dynamic boundary conditions are obtained by imposing the orthogonality conditions. Then, the Galerkin's method is used to obtain the natural frequencies of the system. From numerical tests for various constraint and boundary conditions, it was found that the higher order orthogonal polynomial functions obtained by the present method can be used to get the accurate solution.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.92-98
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1991
The structures such as railway bridges can be modelled as the multi-span beam on the elastic foundation. These structures are usually subject to the moving load, which has a great effect on dynamic stresses and can cause severe motions, especially at high velocities. In this paper, the dynamic responses of the multi-span beam on the elastic foundation were obtained by using the Galerkin's method and the numerical time integration technique. As trial functions, the same orthogonal polynomial functions obtained in part 1, were used. From the numerical results, it was found that the one term expansion of the assumed solution usually leads to the accurate solutions. However, in the case that the stiffness of the transnational spring is very high or the rotational spring is placed where the slope of the first mode is zero, the higher modes must be included to obtain the accurate solutions.
The present paper researches post-buckling behaviors of geometrically imperfect concrete beam resting on elastic foundation reinforced with graphene oxide powders (GOPs) based on finite element method (FEM). Distribution of GOPs are considered as uniform and linearly graded through the thickness. Geometric imperfection is considered as first buckling mode shape of the beam, the GOP reinforced beam is rested in initial position. The material properties of GOP reinforced composite have been calculated via employment of Halpin-Tsai micromechanical scheme. The provided refined beam element verifies the shear deformation impacts needless of any shear correction coefficient. The post-buckling load-deflections relations have been calculated via solving the governing equations having cubic non-linearity implementing FEM. Obtained findings indicate the importance of GOP distributions, GOP weight fraction, matrix material, geometric imperfection, shear deformation and foundation parameters on nonlinear buckling behavior of GOP reinforced beam.
A beam on elasto-plastic foundation modeling of soldier pile and woodlagging tieback walls or anchored walls was developed and tested. An instrumented full scale tieback wall in sand was constructed at the National Geotechnical Experimentation Bite located on Texas A&M University. The experimental earth pressure deflection relationship (p-y curves) was developed from the measurements. The construction sequence was simulated in the proposed method. The conceptual methodology of an anchored wall design was introduced by using the proposed method. The proposed method was evaluated with the measurements of case histories in sand and clay. A parametric research was performed to study the most influencing factors for the proposed method. It is concluded that the proposed method represents a significant improvement on the prediction of bending moments and deflections of the properly designed walls.
This paper, presents the dynamic and stability analysis of the simply supported single walled Carbon Nanotubes (SWCNT) reinforced concrete beam on elastic-foundation using an integral first-order shear deformation beam theory. The condition of the zero shear-stress on the free surfaces of the beam is ensured by the introduction of the shear correction factors. The SWCNT reinforcement is considered to be uniform and variable according to the X, O and V forms through the thickness of the concrete beam. The effective properties of the reinforced concrete beam are calculated by employing the rule of mixture. The analytical solutions of the buckling and free vibrational behaviors are derived via Hamilton's principle and Navier method. The analytical results of the critical buckling loads and frequency parameters of the SWCNT-RC beam are presented in the form of explicit tables and graphs. Also the diverse parameters influencing the dynamic and stability behaviors of the reinforced concrete beam are discussed in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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