The plastic collapse loads and their locations are predicted for a class of tapered, initially curved, and transversely corrugated cantilevered beams subjected to static tip loading. Results of both closed form and finite element solutions for several rigid perfectly plastic and elastic perfectly plastic beam models are evaluated. The governing equations are cast in nondimensional form for efficient studies of collapse load as it varies with beam geometry and the angle of the tip load. Static experiments for laboratory-scale configurations whose taper flared toward the tip, complemented the theory in that collapse occurred at points about 40% of the beams length from the fixed end. Experiments for low speed impact loading of these configurations showed that collapse occurred further from the fixed end, between the 61% and 71% points. The results may be applied to the design of safer highway guardrail terminal systems that collapse by design under vehicle impact.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.493-500
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2001
The purpose of this paper is to investigate the natural frequencies and mode shapes of tapered beams with general boundary condition(translational and rotational elastic support) at one end and carrying a tip mass with translational elastic support at the other end. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest three natural frequencies and the corresponding mode shapes are calculated over a wide range of section ratio, dimensionless spring constant, and mass ratio.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.864-869
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2003
The purpose of this paper is to investigate the free vibration characteristics of tapered beams with translational and rotational springs and point masses at the ends. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory which neglects the effects of rotatory inertia and shear deformation. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest four natural frequencies are calculated over a range of non-dimensional system parameters.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.115-122
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2002
The main purpose of this paper is to determine the static optimal shapes of tapered beams with constant volume. The linear, parabolic and sinusoidal tapers with the regular polygon cross-section are considered, whose material volume and span length are always held constant. The Runge-Kutta method is used to integrate the differential equation and also Shooting method is used to calculate the unknown boundary condition. Then the static optimal shapes are determined by reading the minimum values of the deflection versus section ratio curves plotted by the deflection data. In numerical examples, the various tapered beams are analyzed and those numerical results of this study are shown in figures.
In the present article bending, buckling and vibration analyses of tapered beams using Eringen non-local elasticity theory are being carried out. The associated governing differential equations are solved employing Rayleigh-Ritz method. Both Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are considered in the analyses. Present results are in good agreement with those reported in literature. Beam material is considered to be made up of functionally graded materials (fgms). Non-local analyses for tapered beam with simply supported - simply supported, clamped - simply supported and clamped - free boundary conditions are carried out and discussed. Further, effect of length to height ratio on maximum deflections, vibration frequencies and critical buckling loads are studied.
The elastic deflections and Euler buckling loads are investigated for a class of tapered and initially curved cantilevered beams subjected to loading at the tip. The beam's width increases linearly and its depth decreases linearly with the distance from the fixed end to the tip. Unloaded, the beam forms a circular are perpendicular to the axis of bending. The beam's deflection responses, obtained by solving the differential equations in closed form, are presented in terms of four nondimensional system parameters: taper ratio ${\kappa}$, initial shape ratio ${\Delta}_0$, end load ratio f, and load angle ${\theta}$. Laboratory measurements of the Euler buckling loads for scale models of tapered initially straight, corrugated beams compared favorably with those computed from the present analysis. The results are applicable to future designs of the end structures of highway guardrails, which can be designed to give the appropriate balance between the capacity to deflect a nearly head-on vehicle back to its right-of-way and the capacity to buckle sufficiently that penetration of the vehicle may be averted.
In this study, Hamiltonian Approach (HA) is applied to analysis the nonlinear free vibration of beams. Two well-known examples are illustrated to show the efficiency of this method. One of them deals with the Nonlinear vibration of an electrostatically actuated microbeam and the other is the nonlinear vibrations of tapered beams. This new approach prepares us to achieve the beam's natural frequencies and mode shapes easily and a rapidly convergent sequence is obtained during the solution. The effects of the small parameters on the frequency of the beams are discussed. Some comparisons are conducted between the results obtained by the Hamiltonian Approach (HA) and numerical solutions using to illustrate the effectiveness and convenience of the proposed methods.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.3
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pp.50-57
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1996
A numerical method is presented to obtain the natural frequencies and mode shapes of the arbitrary tapered beams with static deflection due to arbitrary distributed dead loads. The differential equation governing free vibration of such beams is derived and solved numerically. The double integration method using the trapezoidal rule is used to solve the static behaviour of beams loaded arbitrary distributed dead load. Also, the Improved Euler method and the determinant search method are used to integrate the differential equation subjected to the boundary conditions and to determine the natural frequencies of the beams, respectively. In the numerical examples, the various geometries of the beams are considered : (1) linearly tapered beams as the arbitrary variable cross-section, (2) the triangular, sinusoidal and uniform loads as the arbitrary distributed dead loads and (3) the hinged-hinged, clamped-clamped and hinged-clamped ends as the end constraints. All numerical results are shown as the non-dimensional forms of the system parameters. The lowest three natural frequencies versus load parameter, slenderness ratio and section ratio are reported in figures. And for the comparison purpose, the typical mode shapes with and without the effects of static deflection are presented in the figure. According to the numerical results obtained in this analysis, the following conclusions may be drawn : (1) the natural frequencies increase when the effects of static deflections are included, (2) the effects are larger at the lower modes than the higher ones and (3) it should be betteF to include the effect of static deflection for calculating the frequencies when the beams are supported by both hinged ends or one hinged end.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.2
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pp.45-49
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2008
This paper investigated the accuracy of the current design formulae for the elastic buckling strength of web-tapered I-beams in AISC-LRFD specification. The basic concept is to replace a tapered beam by an equivalent prismatic beam with a different length, but with a cross section identical to that of the smaller end of the tapered beam. The modification factor, B, is used to account for the stress gradient within the unbraced length and the lateral restraining effects offered by the adjacent segments. The modification factor(B) suggested in AISC-LRFD specification was compared with the finite element method(FEM) results. This paper presented a redefined method to calculate the modification factor(B).
Rossit, Carlos A.;Bambill, Diana V.;Gilardi, Gonzalo J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.5
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pp.685-691
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2017
The free transverse vibrations of axially functionally graded (AFG) cantilever beams with concentrated masses attached at different points are studied in this paper. The material properties of the AFG beam, consisting of metal and ceramic, vary continuously in the axial direction according to an established law form. Approximated solutions for the title problem are obtained by means of the Ritz Method. The influence of the material variation on the natural frequencies of vibration of the functionally graded beam is investigated and compared with the influence of the variation of the cross section. The phenomenon of dynamic stiffening of beams can be observed in various situations. The accuracy of the procedure is verified through results available in the literature that can be represented by the model under study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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