The classical two-degree-of-freedom (2-d-o-f) "sectional model" is of common use to study the dynamics of suspension bridges. It takes into account the first pair of vertical and torsional modes of the bridge and describes well global oscillations caused by wind actions on the deck, yielding very useful information on the overall behaviour and the aerodynamic and aeroelastic response; however, it does not consider relative oscillations between main cables and deck. On the contrary, the 4-d-o-f model described in the two Parts of this paper includes longitudinal deformability of the hangers (assumed linear elastic in tension and unable to react in compression) and thus allows to take into account not only global oscillations, but also relative oscillations between main cables and deck. In particular, when the hangers go slack, large nonlinear oscillations are possible; if the hangers remain taut, the oscillations remain small and essentially linear: the latter behaviour has been the specific object of Part I (Sepe and Augusti 2001), while the present Part II investigates the nonlinear behaviour (coexisting large and/or small amplitude oscillations) under harmonic actions on the cables and/or on the deck, such as might be generated by vortex shedding. Because of the discontinuities and strong nonlinearity of the governing equations, the response has been investigated numerically. The results obtained for sample values of mechanical and forcing parameters seems to confirm that relative oscillations cannot a priori be excluded for very long span bridges under wind-induced loads, and they can stimulate a discussion on the actual possibility of such phenomena.
This paper presents nonlinear oscillations of a carbon nanotube reinforced composite beam subjected to lateral harmonic load with damping effect based on the modified couple stress theory. As reinforcing phase, three different types of single walled carbon nanotubes distribution are considered through the thickness in polymeric matrix. The non-linear strain-displacement relationship is considered in the von Kármán nonlinearity. The governing nonlinear dynamic equation is derived with using of Hamilton's principle.The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The frequency response equation and the forced vibration response of the system are obtained. Effects of patterns of reinforcement, volume fraction, excitation force and the length scale parameter on the nonlinear responses of the carbon nanotube reinforced composite beam are investigated.
The classical two-degree-of-freedom (2-d-o-f) "sectional model" is currently used to study the dynamics of suspension bridges. Taking into account the first pair of vertical and torsional modes of the bridge, it describes well global oscillations caused by wind actions on the deck and yields very useful information on the overall behaviour and the aerodynamic and aeroelastic response, but does not consider relative oscillation between main cables and deck. The possibility of taking into account these relative oscillations, that can become significant for very long span bridges, is the main purpose of the 4-d-o-f model, proposed by the Authors in previous papers and fully developed here. Longitudinal deformability of the hangers (assumed linear elastic in tension and unable to react in compression) and external loading on the cables are taken into account: thus not only global oscillations, but also relative oscillations between cables and deck can be described. When the hangers go slack, large nonlinear oscillations are possible; if the hangers remain taut, the oscillations are small and essentially linear. This paper describes the model proposed for small and large oscillations, and investigates in detail the limit condition for linear response under harmonic actions on the cables (e.g., like those that could be generated by vortex shedding). These results are sufficient to state that, with geometric and mechanical parameters in a range corresponding to realistic cases of large span suspension bridges, large relative oscillations between main cables and deck cannot be excluded, and therefore should not be neglected in the design. Forthcoming papers will investigate more general cases of loading and dynamic response of the model.
Torsional oscillations of a system incorporating a Hooke's joint are investigated by studying a simple similar nonlinear 2-degree-of-freedom model, which has linear and quadratic nonlinear parametric excitations. The simple system is identified to have the possibilities of primary, sub harmonic and combination resonances. The case of simultaneous primary and combination resonances is selected for perturbation analysis to have the reduced amplitude-equations of motion. The same procedure is applied to the system incorporating a Hooke's joint.
Damping may change the response characteristics of nonlinear oscillations due to the parametric excitation of a thin cantilever beam. When the natural frequencies of the first bending and torsional modes are of the same order of magnitude, we can observe the one-to-one combination resonance in the perturbation analysis depending on the characteristic parameters. The nonlinear behavior about the combination resonance reveals a chaotic motion depending on the natural frequencies and damping ratio. We can analyze the chaotic dynamics by using the eigenvalue analysis of the perturbed components. In this paper, we derived the equations for autonomous system and solved them to obtain the characteristic equation. The stability analysis was carried out by examining the eigenvalues. Numerical integration gave the physical behavior of each mode for given parameters.
We present the first observational detection of radial and azimuthal oscillations in full halo coronal mass ejections (HCMEs). We analyze nine HCMEs well-observed by LASCO from Feb 2011 to Jun 2011. Using the LASCO C3 running difference images, we estimated the instantaneous apparent speeds of the HCMEs in different radial directions from the solar disk center. We find that the development of all these HCMEs is accompanied with quasi-periodic variations of the instantaneous radial velocity with the periods ranging from 24 to 48 mins. The amplitudes of the instant speed variations reach about a half of the projected speeds. The amplitudes are found to anti-correlate with the periods and correlate with the HCME speed, indicating the nonlinear nature of the process. The oscillations have a clear azimuthal structure in the heliocentric polar coordinate system. The oscillations in seven events are found to be associated with distinct azimuthal wave modes with the azimuthal wave number m=1 for six events and m=2 for one event. The polarization of the oscillations in these seven HCMEs is broadly consistent with those of their position angles with the mean difference of $42.5^{\circ}$. The oscillations may be connected with natural oscillations of the plasmoids around a dynamical equilibrium, or self-oscillatory processes, e.g. the periodic shedding of Alfvenic vortices. Our results indicate the need for advanced theory of oscillatory processes in CMEs.
An analytical solution for the nonlinear in-plane free oscillations of the suspended cable which contains the quadratic and cubic nonlinearities is investigated via the homotopy analysis method (HAM). Different from the existing analytical technique, the HAM is indeed independent of the small parameter assumption in the nonlinear vibration equation. The nonlinear equation is established by using the extended Hamilton's principle, which takes into account the effects of the geometric nonlinearity and quasi-static stretching. A non-zero equilibrium position term is introduced due to the quadratic nonlinearity in order to guarantee the rule of the solution expression. Therefore, the mth-order analytic solutions of the corresponding equation are explicitly obtained via the HAM. Numerical results show that the approximate solutions obtained by using the HAM are in good agreement with the numerical integrations (i.e., Runge-Kutta method). Moreover, the HAM provides a simple way to adjust and control the convergent regions of the series solutions by means of an auxiliary parameter. Finally, the effects of initial conditions on the linear and nonlinear frequency ratio are investigated.
The effects of a class of nonlinear Tuned Mass Dampers on the aeroelastic behavior of SDOF systems are investigated. Unlike classical linear TMDs, nonlinear constitutive laws of the internal damping acting between the primary oscillator and the TMD are considered, while the elastic properties are keept linear. The perturbative Multiple Scale Method is applied to derive a set of bifurcation equations in the amplitude and phase and a parametric analysis is performed to describe the postcritical scenario of the system. Both cubic- and van der Pol-type dampings are considered and the dependence of the limit-cycle amplitudes on the system parameters is studied. These new results, compared with the previously obtained bifurcation scenario of a SDOF aeroelastic oscillator equipped with a linear TMD, show a detrimental effect on the maximum limit-cycle amplitude reduction of the nonlinear TMD. However, the analyses evidence that in the parameter region away from the perfect tuning condition the nonlinear connection can be used to tune the system with an enhancement of the limit-cycle amplitude reduction.
Torsional oscillations of a system incorporating a Hooke's joint are investigated by adopting a nonlinear 2-degree-of-freedom model. Linear and Van der Pol transformations are applied to obtain the equations of motion to which the method of averaging can be readily applied. Various subharmonic and combination resonances are identified with the conditions of their occurrences. Applying the method of averaging leads to the reduced amplitude- and phase-equations of motion, of which constant and periodic solutions are obtained numerically. The periodic solution which emerges from Hopf bifurcation point experiences period doubling bifurcation leading to infinite solution rather than chaotic solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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