Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
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Linear Analysis and Non-linear Analysis with Co-Rotational Formulation for a Cantilevered Beam under Static/Dynamic Tip Loads

정적 및 동적 하중을 받는 외팔보 거동에 관한 선형 및 CR 정식화 비선형 예측의 비교

  • Ko, Jeong-Woo (Department of Aerospace Engineering, Seoul National Univ.) ;
  • Bin, Young-Bin (Department of Aerospace Engineering, Seoul National Univ.) ;
  • Eun, Won-Jong (Department of Aerospace Engineering, Seoul National Univ.) ;
  • Shin, Sang-Joon (Department of Aerospace Engineering, Seoul National Univ.)
  • 고정우 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 빈영빈 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 은원종 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 신상준 (서울대학교 기계항공공학부)
  • Received : 2015.04.20
  • Accepted : 2015.07.17
  • Published : 2015.10.30
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Abstract

In this paper, the behaviour of a cantilevered beam was predicted to examine the difference between linear and non-linear static, dynamic analysis for a structure by using CR nonlinear formulation. Then, external transverse static and dynamic loads were applied at the free tip of the beam. Classical theories were used for the present linear analysis and co-rotational dynamic FEM program was used for the present nonlinear analysis. In the static analysis, effects of the load for the beam deflection were observed in both linear and nonlinear analysis. Then, normalized displacement at the tip of the beam was predicted for different frequency ratio and a significant difference was obtained in the vicinity of the resonant frequency. In addition, effects of frequency and time for the beam deflection were investigated to find the frequency delay.

본 논문에서는 구조물에 작용하는 하중의 크기와 진동수에 따른 거동의 비선형성을 확인하고 정확한 예측을 위한 방법을 모색하기 위하여 외팔보의 정적 및 동적해석의 수행에서 선형, 비선형 해석의 결과를 비교하는 연구를 진행하였다. 우선 보의 자유단에 수직방향의 정적 및 동적 하중을 가한 상황을 예측하였다. 선형 해석방법으로 고전 외팔보 이론을 적용하였고, co-rotational dynamic 유한요소해석 기법을 개발하여 비선형 해석방법으로 사용하였다. 먼저 정적해석에서 외력의 크기가 달라질 때 선형 및 비선형 해석 예측이 어떠한 차이를 보이는지 비교하였다. 그리고 동적해석을 통해 가진 진동수의 변화에 따른 보 끝단의 무차원화된 변위의 양상을 연구하였고, 공진진동수 근방에서의 상당한 변위가 발생함을 보였다. 마지막으로 주파수 지연현상을 조사하기 위해 특정 진동수에서의 시간 경과에 따른 보의 변위를 확인하였다.

Keywords

References

  1. Fertis, D.G. (2006) Nonlinear Structure Engineering With Unique Theory and Method to Solve Effectively Complex Nonlinear Problems, Springer, 8th, pp.3-61.
  2. Megson, T.H.G. (2007) Aircraft Structures for Engineering Students, Elsevier, 4th, p.804.
  3. Mahmoodi, S.N. (2008) An Experimental Investigation of Nonlinear Vibration and Frequency Response Analysis of Cantilever Viscoelastic Beams, Sound & Vib., 311, pp.1409-1419 https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.09.027
  4. Vaz, M.A. (2013) Quasi-static Response of Linear Viscoelastic Cantilever Beams Subject to a Concentrated Harmonic End Load, Int. J. Non-Linear Mech., 54, pp.43-54 https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2013.03.009
  5. Inman, D.J. (1988) Engineering Vibration, Pearson, 4th, p.719.
  6. Felippa, C.A., Haugen, B. (2005) Unified Formulation of Small-Strain Corotational Finite Elements, Comput. Methods Appl. Mech. & Eng., CU-CAS-05-02, pp.1-46.
  7. Le, T.-N., Battini, J.-M. (2011) Efficient Formulation for Dynamics of Corotational 2D Beams, Comput. Mech., 48(2), pp.153-161. https://doi.org/10.1007/s00466-011-0585-6

Cited by

  1. Numerical Analysis of Deck Frame for Lightweight Trucks vol.17, pp.3, 2018, https://doi.org/10.14775/ksmpe.2018.17.3.127