In this paper, a complete solution is presented for dynamic plastic response of a rigid, perfectly plastic hinged-free beam, of which one end is simply supported or hinged and the other end free, subjected to a transverse strike by a travelling mass at an arbitrary location along its span. The governing differential equations are expressed in non-dimensional forms and solved numerically to obtain the instantaneous deflection of the beam and the plastic dissipated energy in the beam. The dynamic behavior for a hinged-free beam is more complicated than that of a free-free beam. It transpires that the mass ratio and impact position have significant influence on the final deformation. In the aspect of energy dissipation, unlike simply supported or clamped beams for which the plastic deformation consumes almost the total input energy, a considerable portion of the input energy would be transferred as rigid-body motion of hinged-free beam, and the energy dissipated in its plastic deformation is greatly reduced.
This paper focuses on large deflection static behavior of edge cracked simple supported beams subjected to a non-follower transversal point load at the midpoint of the beam by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. The cross section of the beam is circular. The cracked beam is modeled as an assembly of two sub-beams connected through a massless elastic rotational spring. It is known that large deflection problems are geometrically nonlinear problems. The considered highly nonlinear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. There is no restriction on the magnitudes of deflections and rotations in contradistinction to von-Karman strain displacement relations of the beam. The beams considered in numerical examples are made of Aluminum. In the study, the effects of the location of crack and the depth of the crack on the non-linear static response of the beam are investigated in detail. The relationships between deflections, end rotational angles, end constraint forces, deflection configuration, Cauchy stresses of the edge-cracked beams and load rising are illustrated in detail in nonlinear case. Also, the difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of edge-cracked beam is investigated in detail.
Steel effects on creep deformation of prestressed concrete structues are investigated by a parametric study. Prestressed steel ratio, Prestressed steel distribution, initial flexural stress gradient, and modular ratio are selected as parameters. Sectional analysis for the beam section of parameter combination is performed to find curvatrue change due to creep. Based on the investigation, long-term curvature formulas from regression analysis are proposed. Application of the furmulas to simply supported prostressed concrete beam shows the effect of steel on deflection.
Traveling wave on the structure can be generated by superposing two standing waves. Precise matching of the amplitudes and phase shift between two standing waves in time and space is the key to the success of generating a traveling wave. The principle of generating a traveling wave on the structure is utilized in the construction of linear and rotary type ultrasonic motors. This paper demonstrates experimentally generating a traveling wave on the simply supported beam.
Effects of viscoelastic foundation on vibration of curved-beam structure with clamped and simply-supported boundary conditions is investigated in this study. In doing so, a micro-scale laminate composite beam with two piezoelectric face layer with a carbon nanotube reinforces composite core is considered. The whole beam structure is laid on a viscoelastic substrate which normally occurred in actual conditions. Due to small scale of the structure non-classical elasticity theory provided more accurate results. Therefore, nonlocal strain gradient theory is employed here to capture both nano-scale effects on carbon nanotubes and microscale effects because of overall scale of the structure. Equivalent homogenous properties of the composite core is obtained using Halpin-Tsai equation. The equations of motion is derived considering energy terms of the beam and variational principle in minimizing total energy. The boundary condition is assumed to be clamped at one end and simply supported at the other end. Due to nonlinear terms in the equations of motion, semi-analytical method of general differential quadrature method is engaged to solve the equations. In addition, due to complexity in developing and solving equations of motion of arches, an artificial neural network is design and implemented to capture effects of different parameters on the inplane vibration of sandwich arches. At the end, effects of several parameters including nonlocal and gradient parameters, geometrical aspect ratios and substrate constants of the structure on the natural frequency and amplitude is derived. It is observed that increasing nonlocal and gradient parameters have contradictory effects of the amplitude and frequency of vibration of the laminate beam.
In order to attenuate structural waves in railway track, damped mass-spring absorber system and spring supported system are considered that are attached continuously along the beam length. A mathematical model is presented for the propagation of structural waves on a finitely long, periodically supported classical beam. The model in this paper could represent a railway track where the beam represents the rail and an appropriately chosen support type represents the pad/sleeper/ballast system of a railway track. And in this study, it is presented that the measurement method of health monitoring of railway track.
In this study, the homotopy perturbation method (HPM) is applied to free vibration analysis of beam on elastic foundation. This numerical method is applied on three different axially loaded cases, namely: 1) one end fixed, the other end simply supported; 2) both ends fixed and 3) both ends simply supported cases. Analytical solutions and frequency factors are evaluated for different ratios of axial load N acting on the beam to Euler buckling load, $N_r$. The application of HPM for the particular problem in this study gives results which are in excellent agreement with both analytical solutions and the variational iteration method (VIM) solutions for all the cases considered in this study and the differential transform method (DTM) results available in the literature for the fixed-pinned case.
A procedure for critical buckling moment of a tapered beam is proposed with the application of potential energy calculations using Ritz method. Respective solution allows to obtain critical moments initiating lateral buckling of the simply supported, modestly tapered steel I-beams. In particular, lateral-torsional buckling of beams with simultaneously tapered flanges and the web are considered. Detailed, numerical, parametric analyses are carried out. Typical engineering, uniformly distributed design loads are considered for three cases of the load, applied to the top flange, shear centre, as well as to the bottom flange. In addition simply supported beam under gradient moments is investigated. The parametric analysis of simultaneously tapered beam flanges and the web, demonstrates that tapering of flanges influences much more the critical moments than tapering of the web.
Numerical analysis has been made on the dynamic behavior of an elastically supported beam subjected to an axial force and solid viscosity when the frequency of external force passes through the first critical frequency of the beam. Within the Euler-Bernoulli beam theory the solutions are obtained by using finite Fourier sine transform and Laplace transformation methods with respect to space and time variables. Integrations involved in the theoretical results are carried out by Simpson's numerical integration rule. The result shows that the maximum value of the dynamic deflection are much affected by the value of a solid viscosity, an axial force, an elastic constant and ratio of .omega.$_{max}$/.omega.$_{1}$.
Ahmed, Ridha A.;Fenjan, Raad M.;Hamad, Luay Badr;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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제9권1호
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pp.33-48
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2020
With the use of differential quadrature method (DQM), forced vibrations and resonance frequency analysis of functionally graded (FG) nano-size beams rested on elastic substrate have been studied utilizing a shear deformation refined beam theory which contains shear deformations influence needless of any correction coefficient. The nano-size beam is exposed to uniformly-type dynamical loads having partial length. The two parameters elastic substrate is consist of linear springs as well as shear coefficient. Gradation of each material property for nano-size beam has been defined in the context of Mori-Tanaka scheme. Governing equations for embedded refined FG nano-size beams exposed to dynamical load have been achieved by utilizing Eringen's nonlocal differential law and Hamilton's rule. Derived equations have solved via DQM based on simply supported-simply supported edge condition. It will be shown that forced vibrations properties and resonance frequency of embedded FG nano-size beam are prominently affected by material gradation, nonlocal field, substrate coefficients and load factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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