بسط ماتریس سختی دینامیکی تیر ستون تیموشنکو بر روی بستر الاستیک دوپارامتری

نوع مقاله : مقاله علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران-سازه، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

تئوری تیر بر روی بستر الاستیک جایگاه ویژه‌ای در مکانیک سازه‌ای دارد. مطالعات بسیاری در این زمینه انجام گرفته شده است و روش‌های عملی ارزشمندی برای تجزیه و تحلیل تیرها بر روی بستر الاستیک به دست آمدند. از سوی دیگر، معادلات حاکم بر حرکت سیستم‌های دینامیکی معمولاً معادلات دیفرانسیل با مشتثات جزئی هستند که حل ریاضی آن‌ها دشوار است. روش‌های ماتریسی روش‌های هستند که طبق آن‌ها ساختار پیوسته واقعی با یک مدل معادل متشکل از عناصر ساختاری گسسته با خواص الاستیک و اینرسی شناخته‌شده قابل بیان به شکل ماتریس جایگزین می‌شود. در این مقاله ابتدا ماتریس سختی دینامیکی تیر ستون تیموشنکو بر روی بستر الاستیک دو پارامتری با درنظر گرفتن بستر میرا (کمک فنر) و میرایی سازه‌ای استخراج شده است. سپس عناصر این ماتریس به صورت تابعی از فرکانس ارتعاش طبیعی و نیروی محوری به سری‌های توانی بسط داده شده‌اند. نتیجه‌ی این بسط به دست آوردن ماتریس‌های سختی، سختی هندسی و جرم تیر مورد نظر و برقرار کردن یک رابطه‌ی ریاضی بین این ماتریس‌ها و ماتریس سختی دینامیکی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1- Valsangkar, A. J. and Pradhanang, R., 1988, Vibrations of beam‐columns on two‐parameter elastic foundations, Earthquake engineering & structural dynamics, 16, 2, 217-225.
2-De Rosa, M. A., 1995, Free vibrations of Timoshenko beams on two-parameter elastic foundation, Computers & Structures, 57, 1, 151-156.
3-Yokoyama, T., 1996, Vibration analysis of Timoshenko beam-columns on two-parameter elastic foundations, Computers & Structures, 61, 6, 995-1007.
4- Eisenberger, M. and Clastornik, J., 1987, Beams on variable two-parameter elastic foundation, Journal of Engineering Mechanics, 113, 10, 1454-1466.
5- Zhaohua, F. and Cook, R. D., 1983, Beam elements on two-parameter elastic foundations, Journal of Engineering Mechanics, 109, 6, 1390-1402.
6-Naidu, N. R. and Rao, G. V., 1995, Vibrations of initially stressed uniform beams on a two-parameter elastic foundation, Computers & structures, 57, 5, 941-943.
7- Timoshenko, S. P., Goodier, J. N., 1970, Theory of Elasticity, Third Edition, McGrawHill Book Company, Singapore, 567 pp
8- Widad, B., Salah, K. and Souad, B., 2019, Soil non-homogeneity and soil-structure interaction effects on beam vibrations, Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings, 1-10.
9- Boudaa, S., Khalfallah, S. and Bilotta, E., 2019, Static interaction analysis between beam and layered soil using a two-parameter elastic foundation, International Journal of Advanced Structural Engineering, 11, 1, 21-30.
10- Mullapudi, T. R. S., 2010, Nonlinear finite element formulation of the soil structure interaction through two-parameter foundation model.
11- Avcar, M., 2016, Effect of material non-homogeneity and two-parameter elastic foundation on fundamental frequency parameters of Timoshenko beam, Acta Phys Pol A , 130, 375–378.
12-Froio, D. and Rizzi, E., 2017, Analytical solution for the elastic bending of beams lying on a linearly variable Winkler support, International Journal of Mechanical Sciences, 128, 680-694.
13- Mullapudi, R. and Ayoub, A., 2010, Nonlinear finite element modeling of beams on two-parameter foundations, Computers and Geotechnics, 37, 3, 334-342.
14- Obara, P., 2014, Vibrations and stability of Bernoulli-Euler and Timoshenko beams on two-parameter elastic foundation, Archives of Civil Engineering, 60, 4, 421-440.
15- Chen, J., Feng, Y. and Shu, W., 2016, An improved solution for beam on elastic foundation using quintic displacement functions, KSCE Journal of Civil Engineering, 20, 2, 792-802.
16- Ayvaz, Y. and Özgan, K., 2002, Application of modified Vlasov model to free vibration analysis of beams resting on elastic foundations, Journal of Sound and vibration, 255, 1, 111-127.
17- Basudhar, P. K., Yadav, S. K. and Basudhar, A., 2018, Treatise on Winkler modulus of subgrade reaction and its estimation for improved soil–structure interaction analysis, Geotechnical and Geological Engineering, 36, 5, 3091-3109.
18- Ma, J., Liu, F., Nie, M. and Wang, J., 2018, Nonlinear free vibration of a beam on Winkler foundation with consideration of soil mass motion of finite depth, Nonlinear Dynamics, 92, 2, 429-441.
19- Winkler, E., 1867, Die Lehre von der Elasticitaet und Festigkeit: mit besonderer Rücksicht auf ihre Anwendung in der Technik für polytechnische Schulen, Bauakademien, Ingenieue, Maschinenbauer, Architecten, etc (Vol. 1). Dominicus.
20- Chen, Y. H., 1987, General dynamic-stiffness matrix of a timoshenko beam for transverse vibrations, Earthquake engineering & structural dynamics, 15, 3, 391-402.
21- Paz, M. and Kim, Y. H., 1991, Structural dynamics, Springer.
22- Paz, M. and Dung, L., 1975, Power series expansion of the general stiffness matrix for beam elements, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 9, 2, 449-459.
23- Paz, M., 1973, Mathematical observations in structural dynamics, Computers & Structures, 3, 2, 385-396.
24- Knopp, K., 1990, Theory and application of infinite series, Courier Corporation.