Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi

Volkan Kahya; Sebahat Karaca; Sevgi Güneş

doi:10.17341/gazimmfd.711044

Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi

Öz

Bu çalışmada, hasarlı konik kirişlerin serbest titreşim analizleri için iki düğüm noktalı ve her bir düğüm noktasında dörder serbestliği (yatay ve düşey ötelenme, dönme ve eğrilik) bulunan bir sonlu eleman modeli sunulmuştur. Değişken kesitli Bernoulli-Euler kirişi için rijitlik ve kütle matrisleri Galerkin yöntemi ile elde edilmiştir. Sonlu eleman formülasyonunda, uzama titreşimleri için doğrusal Lagrange, eğilme titreşimleri için ise beşinci dereceden Hermit polinomları seçilmiştir. Hasarın tanımlanması için eleman rijitlik matrisi bir rijitlik kaybı katsayısı ile çarpılmıştır. Hasar sebebiyle eleman kütle matrisinde değişim olmadığı kabul edilmiştir. Önerilen elemanın doğruluğu, literatürdeki çalışmalarla karşılaştırmalar yapılarak gösterilmiştir. Modal eğrilik değişiminin hasar (çatlak) konumlarının bulunmasındaki başarısını göstermek amacıyla bazı sayısal sonuçlar sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Konik kiriş,Hasar,Sonlu elemanlar yöntemi,Serbest titreşim

Kaynakça

[1] Salawu O.S., Detection of structural damage through changes in frequency: A review, Eng Struct, 19, 718–723, 1997.
[2] Doebling S.W., Farrar C.R., Prime M.B., A summary review of vibration-based damage identification methods, Shock Vib Dig, 30, 91–105, 1998.
[3] Sinou J.J., A Review of Damage Detection and Health Monitoring of Mechanical Systems from Changes in the Measurement of Linear and Non-Linear Vibrations, Mechanical Vibrations: Measurements, Effects and Control, Editor: Sapri R.C., Nova Science Publishers, Inc., 643–702, 2009.
[4] Farrar C.R., Worden K., An introduction to structural health monitoring, CISM International Centre for Mechanical Sciences, Courses and Lectures, 365(1851), 303–315, 2010.
[5] Dilena M., Morassi A., Limongelli M., Vibration based methods for damage localization in bridges, EVACES’13 – Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures, Ouro Preto, Brazil, 329–338, 28-30 October 2013.
[6] Das S., Saha P., Patro S.K., Vibration-based damage detection techniques used for health monitoring of structures: A review, J Civ Struct Heal Monit, 6, 477–507, 2016.
[7] Zheng D.Y., Fan S.C., Natural frequencıes of a non-uniform beam with multiple cracks via modified Fourier series, J Sound Vib, 242, 701–717, 2001.
[8] Mazanoglu K., Yesilyurt I., Sabuncu M., Vibration analysis of multiple-cracked non-uniform beams, J Sound Vib, 320, 977–989, 2009.

[9] Mazanoglu K., Sabuncu M., Vibration analysis of non-uniform beams having multiple edge cracks along the beam’s height, Int J Mech Sci, 52, 515–522, 2010.
[10] Zhang K., Yan X., Multi-cracks identification method for cantilever beam structure with variable cross-sections based on measured natural frequency changes, J Sound Vib, 387, 53–65, 2017.
[11] Tan G., Liu Z., Shan J., Wu C., Direct and inverse problems on free vibration analysis of cracked non-uniform beams carrying spring-mass systems by finite element method, Vibroengineering Procedia, 14, 7–12, 2017.
[12] Tan G., Liu Y., Gong Y., Shen Y., Liu Z., Free vibration of the cracked non-uniform beam with cross section varying as polynomial functions, KSCE J Civ Eng, 22, 4530–4546, 2018.
[13] Wu J.S., Chen D.W., Bending vibrations of wedge beams with any number of point masses, J Sound Vib, 262, 1073–1090, 2003.
[14] Hsu J.C., Lai H.Y., Chen C.K., Free vibration of non-uniform Euler-Bernoulli beams by the Adomian modified decomposition method, J Sound Vib, 318, 965–981, 2008.
[15] Tan G., Wang W., Jiao Y., Flexural free vibrations of multistep nonuniform beams, Math Probl Eng, Article ID 7314280, 1–12, 2016.
[16] Zhou D., Cheung Y.K., Free vibration of a type of tapered beams, Comput Methods Appl Mech Eng, 188, 203–216, 2000.
[17] Zhou D., Cheung Y.K., Vibrations of tapered Timoshenko beams in terms of static Timoshenko beam functions, J Appl Mech, 68, 596–602, 2001.
[18] Bazoune A., Khulief Y.A., Stephen N.G., Shape functions of three-dimensional Timoshenko beam element, J Sound Vib, 259, 473–480, 2003.
[19] He P., Liu Z., Li C., An improved beam element for beams with variable axial parameters, Shock Vib, 20, 601–617, 2013.
[20] Tudjono S., Han A., Nguyen D.K., Kiryu S., Gan B.S., Exact shape functions for Timoshenko beam element, IOSR J Comput Eng, 19, 12–20, 2017.
[21] Dessi D., Camerlengo G., Damage identification techniques via modal curvature analysis: Overview and comparison, Mech Syst Signal Process, (52–53), 181–205, 2015.
[22] Qiao P., Lu K., Lestari W., Wang J., Curvature mode shape-based damage detection in composite laminated plates, Compos Struct, 80, 409–428, 2007.
[23] Lestari W., Qiao P., Hanagud S., Curvature mode shape-based damage assessment of carbon/epoxy composite beams, J Intell Mater Syst Struct, 18, 189–208, 2007.
[24] ANSYS. Mechanical APDL Release 16.0 2014.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Volkan Kahya ^*
0000-0003-1392-4483
Türkiye

Sebahat Karaca Bu kişi benim
0000-0001-5941-031X
Türkiye

Sevgi Güneş Bu kişi benim
0000-0001-8104-5435
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

5 Mart 2021

Gönderilme Tarihi

29 Mart 2020

Kabul Tarihi

20 Ekim 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2021 Cilt: 36 Sayı: 2

DOI

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.711044

IZ

https://izlik.org/JA65WR84MH

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Kahya, V., Karaca, S., & Güneş, S. (2021). Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(2), 841-854. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.711044

AMA

1.Kahya V, Karaca S, Güneş S. Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi. GUMMFD. 2021;36(2):841-854. doi:10.17341/gazimmfd.711044

Chicago

Kahya, Volkan, Sebahat Karaca, ve Sevgi Güneş. 2021. “Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36 (2): 841-54. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.711044.

EndNote

Kahya V, Karaca S, Güneş S (01 Mart 2021) Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36 2 841–854.

IEEE

[1]V. Kahya, S. Karaca, ve S. Güneş, “Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi”, GUMMFD, c. 36, sy 2, ss. 841–854, Mar. 2021, doi: 10.17341/gazimmfd.711044.

ISNAD

Kahya, Volkan - Karaca, Sebahat - Güneş, Sevgi. “Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/2 (01 Mart 2021): 841-854. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.711044.

JAMA

1.Kahya V, Karaca S, Güneş S. Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi. GUMMFD. 2021;36:841–854.

MLA

Kahya, Volkan, vd. “Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 36, sy 2, Mart 2021, ss. 841-54, doi:10.17341/gazimmfd.711044.

Vancouver

1.Volkan Kahya, Sebahat Karaca, Sevgi Güneş. Sonlu elemanlar yöntemi ile çatlaklı konik kirişlerde serbest titreşim analizi ve hasar konumlarının belirlenmesi. GUMMFD. 01 Mart 2021;36(2):841-54. doi:10.17341/gazimmfd.711044

Cited By

Crack localisation in composite cantilever beams using natural frequency measurements

Nondestructive Testing and Evaluation

https://doi.org/10.1080/10589759.2023.2274017