This paper deals with the analysis of the natural frequencies, mode shapes of an axially loaded beam system carrying ends consisting of non-concentrated tip masses and three spring-two mass sub-systems. The influence of system design and sub-system parameters on the combined system characteristics is the major part of this investigation. The effect of material properties, rotary inertia and shear deformation of the beam system is included. The end masses are elastically supported against rotation and translation at an offset point from the point of attachment. Sub-systems are attached to center of gravity eccentric points out of the beam span. The boundary conditions of the ordinary differential equation governing the lateral deflections and slope due to bending of the beam system including developed shear force frequency dependent terms, due to the sub.system suspension, have been formulated. Exact formulae for the modal frequencies and the modal shapes have been derived. Based on these formulae, detailed parametric studies are carried out. The geometrical and mechanical parameters of the system under study have been presented in non-dimensional analysis. The applied mathematical model is presented to cover wide range of mechanical, naval and structural engineering applications.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.1033-1039
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2006
To overcome the drawback of currently available curved beam theories having non-symmetric thin-walled cross sections, a curved beam theory based on centroid-shear center formulation is presented for the spatially coupled free vibration and elastic analyses. For this, the elastic strain and kinetic energies considering the thickness-curvature effect and the rotary inertia of curved beam are derived by degenerating the energies of the elastic continuum to those of curved beam. And then the equilibrium equations and the boundary conditions are consistently derived for curved beams having non-symmetric thin-walled cross section. It is emphasized that for curved beams with L- or T-shaped sections, this thin-walled curved beam theory can be easily reduced to tl1e solid beam theory by simply putting the sectional properties associated with warping to zero. In order to illustrate the validity and the accuracy of this study, FE solutions using the Hermitian curved beam elements are presented and compared with the results by previous research and ABAQUS's shell elements.
Na Sung-Soo;Park Jae-Yong;Park Chul-H.;Kwak Moon-K.;Shim Jae-Hong
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.8
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pp.1139-1148
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2006
This paper addresses the analytical modeling and dynamic response of the advanced composite rotating blade modeled as thin-walled beams and incorporating viscoelastic material. The blade model incorporates non-classical features such as anisotropy, transverse shear, rotary inertia and includes the centrifugal and coriolis force fields. The dual technology including structural tailoring and passive damping technology is implemented in order to enhance the vibrational characteristics of the blade. Whereas structural tailoring methodology uses the directionality properties of advanced composite materials, the passive material technology exploits the damping capabilities of viscoelastic material (VEM) embedded into the host structure. The VEM layer damping treatment is modeled by using the Golla-Hughes-McTavish (GHM) method, which is employed to account for the frequency-dependent characteristics of the VEM. The case of VEM spread over the entire span of the structure is considered. The displayed numerical results provide a comprehensive picture of the synergistic implications of both techniques, namely, the tailoring and damping technology on the dynamic response of a rotating thin-walled b ε am exposed to external time-dependent excitations.
In the present study, the deformation behavior of both of metal and polymer combination on impact was investigated. They have showed a different deformation behavior when the co-axially combined projectile was impacted on rigid target. The theory according to Taylor's simplified approach assumes an ideally rigid-plastic material model exhibiting rate-independent behavior and simple one-dimensional wave propagation concepts that neglect radial inertia. In the case of impact with polymeric materials, elastic strain in general are not negligible compared with plastic strain; and the rigid-plastic material behavior assumed by Taylor for metallic materials cannot be applied any more. Since, the sleeve and the core materials have widely different mechanical properties, they will produce a significant difference of mechanical impedance with each other. Therefore these impedance mismatch influences on the deformation behavior sleeved polymer projectile on impact. As a result, sleeved projectiles will generate a very interesting impact behavior. Therefore, the according to sleeved metal material and core polymer material can see expected. The objective of this study was to investigate the factors which influences on deformation behavior pattern of sleeve materials surface.
It follows from the basic principles of mechanics of deformable solids relating to the strength, stability and propagation of elastic waves that the Earth's inner core cannot exist in the form of a spherical structure in the assumed thermobaric conditions and calculation values of physico-mechanical parameters. Pressure level reaches a value that is significantly greater than the theoretical limit of medium strength in the model approximations at the surface of the sphere of the inner core. On the other hand, equilibrium state of the sphere is unstable on the geometric forming at much lower loads under the influence of the "dead" surface loads. In case of the action of "follower" loads, the assumed pressure value on the surface of the sphere is comparable with the value of the critical load of "internal" instability. In these cases, due to the instability of the equilibrium state, propagation of homogeneous deformations becomes uneven in the sphere. Moreover, the elastic waves with actual velocity cannot propagate in such conditions in solid medium. Violation of these fundamental conditions of mechanics required in determining the physical and mechanical properties of the medium should be taken into account in the integrated interpretations of seismic and laboratory (experimental) data. In this case, application of the linear theory of elasticity and elastic waves does not ensure the reliability of results on the structure and composition of the Earth's core despite compliance with the required integral conditions on the mass, moment of inertia and natural oscillations of the Earth.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.3
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pp.7-12
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2013
The demand for the structural system of reduction of story height increases because buildings are getting higher. The existing structural systems are not efficiency. Thus, it is hard to reduce the story height and existing methods cannot secure economics as expected. This study aims at developing the partially concrete-filled new type composite beam, which can efficiently resist against the end negative moment and central positive moment, also reduce deflection of beams. Through case studies on loading of concentrated load and uniformly distributed load to fixed beam, we could find the most efficient ratio of moment of inertia and the ratio ${\alpha}$(end beam length to span). The gap space between middle and end beam can be used as facilities installation, consequently the suggested Omega beam system is expected to get the effect of reduction in story height as well as reduction of quantity.
This paper describes the application of our recently developed two-phase model for flow-induced crystallization (FIC) to the simulation of fiber spinning and film blowing. 1-D and 2-D simulations of fiber spinning include the combined effects of (FIC), viscoelasticity, filament cooling, air drag, inertia, surface tension and gravity and the process dynamics are modeled from the spinneret to the take-up roll device (below the freeze point). 1-D model fits and predictions are in very good quantitative agreement with high- and low-speed spinline data for both nylon and PET systems. Necking and the associated extensional softening are also predicted. Consistent with experimental observations, the 2-D model also predicts a skin-core structure at low and intermediate spin speeds, with the stress, chain extension and crystallinity being highest at the surface. Film blowing is simulated using a "quasi-cylindrical" approximation for the momentum equations, and simulations include the combined effects of flow-induced crystallization, viscoelasticity, and bubble cooling. The effects of inflation pressure, melt extrusion temperature and take-up ratio on the bubble shape are predicted to be in agreement with experimental observations, and the location of the frost line is predicted naturally as a consequence of flow-induced crystallization. An important feature of our FIC model is the ability to predict stresses at the freeze point in fiber spinning and the frost line in film blowing, both of which are related to the physical and mechanical properties of the final product.l product.
Current limit state design method for encased composite columns contains irrational and uncertain design equations in defining section and material properties of composite members. Through investigating previous research used in formulating the design equation, this paper explores the irrationality and uncertainty such as 1) transformation of yield stress and elastic modulus for composite section, 2) an equation influencing buckling strength in terms of area rather than moment of inertia, and 3) selection of larger radius of gyration between steel and concrete sections. Improving the design equations this paper proposes two design methods which can be directly used in practical design.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.5
no.4
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pp.50-60
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2004
A very flexible beam can be used to model various types of continuous mechanical parts such as cables and wires. In this paper, the dynamic properties of a very flexible beam, included in a multibody system, are analyzed using absolute nodal coordinates formulation, which is based on finite element procedures, and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. In order to consider the dynamic interaction between a continuous large deformable beam and a rigid multibody system, a combined system equations of motion is derived by adopting absolute nodal coordinates and rigid body coordinates. Using the derived system equation, a computation method for the dynamic stress during flexible multibody simulation is presented based on Euler-Bernoulli beam theory, and its reliability is verified by a commercial program NASTRAN. This method is significant in that the structural and multibody dynamics models can be unified into one numerical system. In addition, to analyze a multibody system including a very flexible beam, formulations for the sliding joint between a very deformable beam and a rigid body are derived using a non-generalized coordinate, which has no inertia or forces associated with it. In particular, a very flexible catenary cable on which a multibody system moves along its length is presented as a numerical example.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.5
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pp.689-697
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1986
In the present work a three degree of freedom modeling of a cylindrical rubber element is studied and its applications to an engine mount system are discussed using a simple test structure. The three degree of freedom model for the rubber mount is composed of three mutually orthogonal springs and dampers jointed at the elastic center of the mount. The test structure is designed and manufactured so simple that its mass center and moment of inertia are accurately and easily obtained. The dynamic properties of each rubber mount, i.e., complex stiffnesses, are experimentally identified using hydraulic exciter and used to predict the modal parameters of the test structure mount system by analytical modal analysis. The predicted modal parameters of the system agree well with those estimated by experimental modal analysis. Hence the three DOF model of the rubber mount is proposed for the practical design of an engine mount system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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