In this paper the influence of aspect ratio, height ratio and material angle on static and free vibration behaviour of orthotropic elliptic paraboloid shells is studied by using a four-node hybrid stress finite element. The formulation of the element is based on Hellinger-Reissner variational principle. The element is developed by combining a hybrid plane stress element and a hybrid plate element. A parametric study is carried out for static and free vibration response of orthotropic elliptic paraboloid shells with respect to displacements, internal forces, fundamental frequencies and mode shapes by varying the aspect and height ratios, and material angle.
The objective of this work is to describe the main steps involved in the derivation of a GBT (Generalised Beam Theory) formulation to analyse the vibration behaviour of loaded cold-formed steel members and also to illustrate the application and capabilities of this formulation. In particular, the paper presents and discusses the results of a detailed investigation about the local and global free vibration behaviour of lipped channel simply supported columns. After reporting some relevant earlier GBT-based results dealing with the buckling and vibration behaviours of columns and load-free members, the paper addresses mostly issues concerning the variation of the column fundamental frequency and vibration mode nature/shape with its length and axial compression level. For validation purposes, some GBT-based results are also compared with values obtained by means of 4-node shell finite element analyses performed in the code ABAQUS.
In this paper, free vibration and static response of magneto-electro-elastic (MEE) beams has been investigated. To this end, a 3D finite element formulation has been derived by minimization the total potential energy and linear constitutive equation. The coupling between elastic, electric and magnetic fields can have a significant influence on the stiffness and in turn on the static behaviour of MEE beam. Further, different Barium Titanate ($BaTiO_3$) and Cobalt Ferric oxide ($CoFe_2O_4$) volume fractions results in indifferent coupled response. Therefore, through the numerical examples the influence of volume fractions and boundary conditions on the natural frequencies of MEE beam is illustrated. The study is extended to evaluate the static response of MEE beam under various forms of mechanical loading. It is seen from the numerical evaluation that the volume fractions, loading and boundary conditions have a significant effect on the structural behaviour of MEE structures. The observations made here may serve as benchmark solutions in the optimum design of MEE structures.
This paper presents the effect of axial stretching on large amplitude free vibration of an extensible suspended cable supported at the same level. The model formulation developed in this study is based on the virtual work-energy functional of cables which involves strain energy due to axial stretching and work done by external forces. The difference in the Euler equations between equilibrium and motion states is considered. The resulting equations govern the horizontal and vertical motion of the cables, and are coupled and highly nonlinear. The solution for the nonlinear static equilibrium configuration is determined by the shooting method while the solution for the large amplitude free vibration is obtained by using the second-order central finite difference scheme with time integration. Numerical examples are given to demonstrate the vibration behaviour of extensible suspended cables.
The aim of this experimental study is to investigate the free vibration and buckling behaviors of hybrid composite beams having different span lengths and orientation angles subjected to different impact energy levels. The impact energies are applied in range from 10 J to 30 J. Free vibration and buckling behaviors of intact and impacted hybrid composite beams are compared with each other for different span lengths, orientation angles and impact levels. In free vibration analysis, the first three modes of hybrid beams are considered and natural frequencies are normalized. It is seen that first and second modes are mostly affected with increasing impact energy level. Also, the fundamental natural frequency is mostly affected with the usage of mold that have 40 mm span length (SP40). Moreover, as the impact energy increases, the normalized critical buckling loads decrease gradually for $0^{\circ}$ and $30^{\circ}$ oriented hybrid beams but they fluctuate for the other beams.
This paper presents a theoretical investigation in free vibration of sigmoid functionally graded beams with variable cross-section by using Bernoulli-Euler beam theory. The mechanical properties are assumed to vary continuously through the thickness of the beam, and obey a two power law of the volume fraction of the constituents. Governing equation is reduced to an ordinary differential equation in spatial coordinate for a family of cross-section geometries with exponentially varying width. Analytical solutions of the vibration of the S-FGM beam are obtained for three different types of boundary conditions associated with simply supported, clamped and free ends. Results show that, all other parameters remaining the same, the natural frequencies of S-FGM beams are always proportional to those of homogeneous isotropic beams. Therefore, one can predict the behaviour of S-FGM beams knowing that of similar homogeneous beams.
For the general case of loading conditions and boundary conditions, it is very difficult to obtain closed form solutions for buckling loads and natural frequencies of thin-walled structures because its behaviour is very complex due to the coupling effect of bending and torsional behaviour. In consequence, most of previous finite element formulations are introduce approximate displacement fields to use shape functions as Hermitian polynomials, and so on. The Purpose of this study is to presents a consistent derivation of exact dynamic stiffness matrices of thin-walled straight beams, to be used ill tile free vibration analysis, in which almost types of boundary conditions are exist An exact dynamic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform beam element of nonsymmetric thin-walled cross section. This numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. The natural frequency is evaluated for the thin-walled straight beam structure, and the results are compared with analytic solutions in order to verify the accuracy of this study.
This paper investigated vibrational behavior of the osteon as bone unit in the different situations. This study can lead to increase our knowledge of our body. In this paper free vibration of the osteon with considering it as composite material has been studied. The effect of numbers of lamellae and radius of those on natural frequency of osteon are subtle; while thickness of lamellae have decreasing trend on natural frequency of osteon. The presence of nerve and blood in haversian canal change trend of natural frequency, absolutely. Using the nonlocal strain gradient theory(NSGT) leads to effectiveness of scale parameter on equations of motion and the obtained results. The governing equations are derived by Hamilton's principles. A parametric study is presented to examine the effect of various parameters on vibrational behaviour of osteon. The results can also be regarded as a benchmark in vibration analysis behavior of osteon as bone unite.
The free vibration of stiffened and damaged coupled shear walls is investigated using the mixed finite element method. The anisotropic damage model is adopted to describe the damage extent of the reinforced concrete shear wall element. The internal energy of a locally damaged shear wall element is derived. Polynomial shape functions established by Kwan are used to present the component of displacements vector on each point within the wall element. The principle of virtual work is employed to deduce the stiffness matrix of a damaged shear wall element. The stiffened system is reinforced by an additional stiffening beam at some level of the structure. This induces additional axial forces, and thus reduces the bending moments in the walls and the lateral deflection, and increases the natural frequencies. The effects of the damage extent and the stiffening beam on the free vibration characteristics of the structure are studied. The optimal location of the stiffening beam for increasing as far as possible the first natural frequency of vibration is presented.
Although the aircraft industry was the first to use fibre composites, now they are increasingly used in a range of structural applications such as flooring, decking, platforms and roofs. Interlayer delamination is a major failure mode which threatens the reliability of composite structures. Delamination can grow in size under increasing loads with time and hence leads to severe loss of structural integrity and stiffness reduction. Delamination reduces the natural frequency and as a consequence may result in resonance. Hence, the study of the effects of delamination on the free vibration behaviour of multilayer composite structures is imperative. The focus of this paper is to develop a 3D FE model and investigate the free vibration behaviour of fibre composite multilayer sandwich panels with interlayer delaminations. A series of parametric studies are conducted to assess the influence of various parameters of concern, using a commercially available finite element package. Additionally, selected points in the delaminated region are connected appropriately to simulate bolting as a remedial measure to fasten the delamination region in the aim of reducing the effects of delamination. First order shear deformation theory based plate elements have been used to model each sandwich layer. The findings suggest that the delamination size and the end fixity of the plate are the most important factors responsible for stiffness reduction due to delamination damage in composite laminates. It is also revealed that bolting the delaminated region can significantly reduce the natural frequency variation due to delamination thereby improving the dynamic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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