A new perturbation method is introduced to study the undamped free vibration of a non-prismatic Timoshenko beam for its natural frequencies and vibration modes. For simplicity, the natural modes of vibration of its corresponding prismatic Euler-Bernoulli beam with the same length and boundary conditions are used as Ritz base functions with necessary modifications to account for shear strain in the Timoshenko beam. The new method can transform two coupled partial differential equations governing the transverse vibration of the non-prismatic Timoshenko beam into a set of nonlinear algebraic equations. It significantly simplifies the solution process and is applicable to non-prismatic beams with various boundary conditions. Three examples indicated that the new method is more accurate than the previous perturbation methods. It successfully takes into account the effect of shear deformation of Timoshenko beams particularly at the free end of cantilever structures.
Multiple-step beams carrying intermediate lumped masses with/without rotary inertias are widely used in engineering applications, but in the literature for free vibration analysis of such structural systems; Bernoulli-Euler Beam Theory (BEBT) without axial force effect is used. The literature regarding the free vibration analysis of Bernoulli-Euler single-span beams carrying a number of spring-mass systems, Bernoulli-Euler multiple-step and multi-span beams carrying multiple spring-mass systems and multiple point masses are plenty, but that of Timoshenko multiple-step beams carrying intermediate lumped masses and/or rotary inertias with axial force effect is fewer. The purpose of this paper is to utilize Numerical Assembly Technique (NAT) and Differential Transform Method (DTM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of the axial-loaded Timoshenko multiple-step beam carrying a number of intermediate lumped masses and/or rotary inertias. The model allows analyzing the influence of the shear and axial force effects, intermediate lumped masses and rotary inertias on the free vibration analysis of the multiple-step beams by using Timoshenko Beam Theory (TBT). At first, the coefficient matrices for the intermediate lumped mass with rotary inertia, the step change in cross-section, left-end support and right-end support of the multiple-step Timoshenko beam are derived from the analytical solution. After the derivation of the coefficient matrices, NAT is used to establish the overall coefficient matrix for the whole vibrating system. Finally, equating the overall coefficient matrix to zero one determines the natural frequencies of the vibrating system and substituting the corresponding values of integration constants into the related eigenfunctions one determines the associated mode shapes. After the analytical solution, an efficient and easy mathematical technique called DTM is used to solve the differential equations of the motion. The calculated natural frequencies of Timoshenko multiple-step beam carrying intermediate lumped masses and/or rotary inertias for the different values of axial force are given in tables. The first five mode shapes are presented in graphs. The effects of axial force, intermediate lumped masses and rotary inertias on the free vibration analysis of Timoshenko multiple-step beam are investigated.
This paper focuses on post-buckling analysis of functionally graded Timoshenko beam subjected to thermal loading by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. Material properties of the beam change in the thickness direction according to a power-law function. The beam is clamped at both ends. The considered highly non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. As far as the authors know, there is no study on the post-buckling analysis of functionally graded Timoshenko beams under thermal loading considering full geometric non-linearity investigated by using finite element method. The convergence studies are made and the obtained results are compared with the published results. In the study, with the effects of material gradient property and thermal load, the relationships between deflections, end constraint forces, thermal buckling configuration and stress distributions through the thickness of the beams are illustrated in detail in post-buckling case.
This paper study the effect of open cracks on the dynamic behavior of simply supported Timoshenko beam with a moving mass. The influences of the depth and the position of the crack in the beam have been studied on the dynamic behavior of the simply supported beam system by numerical method. Using Lagrange's equation derives the equation of motion. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modeled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces on the crack section and is derived by the applying fundamental fracture mechanics theory. As the depth of the crack is increased the mid-span deflection of the Timoshenko beam with the moving mass is increased. And the effects of depth and position of crack on dynamic behavior of simply supported beam with moving mass are discussed.
이 연구는 양단이 탄성받침으로 지지된 Timoshenko 보의 자유진동에 관한 연구이다. 회전관성과 전단변형을 동시에 고려하는 Timoshenko 보 이론을 적용하여 탄성받침 보의 자유진동을 지배하는 상미분방정식과 자유단의 경계조건을 유도하였다. 이 상미분방정식을 수치해석하여 고유진동수와 진동형상을 산출하였다. 회전관성과 전단변형이 자유진동에 미치는 영향을 분석하고, 변수연구를 통하여 세장비, 지반계수, 탄성받침 길이 등이 자유진동에 미치는 영향을 그림에 나타내었다. 변위 및 휨 모멘트, 전단력의 진동형상을 그림에 나타내어 최대진폭 및 무변위의 위치를 알 수 있도록 하였다.
In this paper, an analytical approach is proposed for determining vibration characteristics of cracked non-uniform continuous Timoshenko beam carrying an arbitrary number of spring-mass systems. This method is based on the Timoshenko beam theory, transfer matrix method and numerical assembly method to obtain natural frequencies and mode shapes. Firstly, the beam is considered to be divided into several segments by spring-mass systems and support points, and four undetermined coefficients of vibration modal function are contained in each sub-segment. The undetermined coefficient matrices at spring-mass systems and pinned supports are obtained by using equilibrium and continuity conditions. Then, the overall matrix of undetermined coefficients for the whole vibration system is obtained by the numerical assembly technique. The natural frequencies and mode shapes of a cracked non-uniform continuous Timoshenko beam carrying an arbitrary number of spring-mass systems are obtained from the overall matrix combined with half-interval method and Runge-Kutta method. Finally, two numerical examples are used to verify the validity and reliability of this method, and the effects of cracks on the transverse vibration mode shapes and the rotational mode shapes are compared. The influences of the crack location, depth, position of spring-mass system and other parameters on natural frequencies of non-uniform continuous Timoshenko beam are discussed.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
/
제7권1호
/
pp.24-29
/
2006
In this paper, the effect of open crack on the dynamic behavior of simply supported Timoshenko beam with a moving mass was studied. The influences of the depth and the position of the crack on the beam were studied on the dynamic behavior of the simply supported beam system by numerical methods. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is modeled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces on the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. As the depth of the crack increases, the mid-span deflection of the Timoshenko beam with a moving mass is increased.
An outline of the Timoshenko beam theory is presented. Two differential equations of motion in terms of deflection and rotation are comprised into single equation with deflection and analytical solutions of natural vibrations for different boundary conditions are given. Double frequency phenomenon for simply supported beam is investigated. The Timoshenko beam theory is modified by decomposition of total deflection into pure bending deflection and shear deflection, and total rotation into bending rotation and axial shear angle. The governing equations are condensed into two independent equations of motion, one for flexural and another for axial shear vibrations. Flexural vibrations of a simply supported, clamped and free beam are analysed by both theories and the same natural frequencies are obtained. That fact is proved in an analytical way. Axial shear vibrations are analogous to stretching vibrations on an axial elastic support, resulting in an additional response spectrum, as a novelty. Relationship between parameters in beam response functions of all type of vibrations is analysed.
This paper features about the modeling and design of a fast output sampling feedback controller for a smart Timoshenko beam system for a SISO case by considering the first 3 vibratory modes. The beam structure is modeled in state space form using FEM technique and the Timoshenko beam theory by dividing the beam into 4 finite elements and placing the piezoelectric sensor/actuator at one location as a collocated pair, i.e., as surface mounted sensor/actuator, say, at FE position 2. State space models are developed for various aspect ratios by considering the shear effects and the axial displacements. The effects of changing the aspect ratio on the master structure is observed and the performance of the designed FOS controller on the beam system is evaluated for vibration control.
In the paper we study dynamic response of a finite, simply supported Timoshenko beam subject to a moving continuously distributed forces. Three problems have been considered. The dynamic response of the Timoshenko beam under a uniform distributed load moving with a constant velocity v has been considered as the first problem. Obtained solutions allow to find the response of the beam under the interval of the finite length a uniformly distributed moving load. Part of the solutions are presented in a closed form instead of an infinite series. As the second problem the steady-state vibrations of the beam under uniformly distributed mass $m_1$ moving with the constant velocity has been considered. The vibrations of the beam caused by the interval of the finite length randomly distributed load moving with constant velocity is considered as the last problem. It is assumed that load process is space-time stationary stochastic process.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.