Natural Frequency and Modes of the Longitudinal and Torsional Vibrations in the Bars with Variable Cross Section

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper is focused on the problem of natural frequencies and modes determination based on perturbation theory for longitudinal and torsional vibrations in bars with variable cross section. The mechanical properties and cross section geometry of the bar are changing small from the average value with regard to longitudinal coordinate. Based on the theory of small perturbations the analytical solution is obtained for natural frequencies and modes of the stationary harmonic vibrations in bars. The efficiency of the proposed method is supported by comparison and good agreement of the obtain results with a sharp solution for a given cross section profiles. It was established that the approximate solution is working good up to the ratio 2.5–3 between maximum and minimum diameter of cross section. The results of numerical simulations are aimed to estimate the geometry and elastic behavior of the metallic specimens for very high cycle fatigue experimental investigation under axial tension-compression and torsion loadings. The piezoelectric fatigue testing system and procedure is based on stationary vibration excitation in the metallic specimen at the first mode natural frequency.

About the authors

I. S. Nikitin

Institute for Computer Aided Design RAS

Author for correspondence.
Email: i_nikitin@list.ru
Russia, Moscow

N. G. Burago

Institute for Computer Aided Design RAS; Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

Author for correspondence.
Email: buragong@yandex.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow

A. D. Nikitin

Institute for Computer Aided Design RAS

Author for correspondence.
Email: nikitin_alex@bk.ru
Russia, Moscow

References

  1. Babakov I.M. Oscillation Theory. Moscow: Nauka, 1965. 560 p.
  2. Akulenko L.D., Gavrikov A.A., Nesterov S.V. Identification of defects in the cross section of the rod by natural frequencies and features of the form of longitudinal vibrations // Mech. Solids, 2019, no. 6, pp. 98–107.
  3. Akulenko L.D., Baydulov V.G., Georgievskiy D.V., Nesterov S.V. Evolution of natural frequencies of longitudinal vibrations of a rod with increasing cross-sectional defect // Mech. Solids, 2017, no. 6, pp. 136–144.
  4. Vatulyan A.O., Bocharova O.B. On the reconstruction of the density and Young’s modulus for an inhomogeneous rod // Acoust. Phys., 2009, vol. 55, no. 3, pp. 275–282.
  5. Pavlov V.P., Nusratullina L.R. Torsional vibrations of a rod of non-constant section // Bull. USATU. Mech. Engng.&Engng. Sci., 2022, vol. 26, no. 1 (95), pp. 22–30.
  6. Khakimov A.G. On natural oscillations of a shaft with a model of an artificial defect // Defectoscopy, 2010, no. 6, pp. 93–98.
  7. Gusev B.V., Saurin V.V. On vibrations of inhomogeneous beams // Don Engng. Gazette, 2017, no. 3.
  8. Pavlov V.P., Nusratullina L.R. Exact solutions of the equation describing transverse vibrations of a bar with variable cross section and their application // Bull. USATU. Mech. Engng.&Engng. Sci., 2019, vol. 23, no. 4, pp. 774–779.
  9. Gusev B.V., Saurin V.V. On free bending vibrations of concrete beams of variable cross section // Industrial&Civil Constr., 2019, no. 8, pp. 93–98.
  10. Vatulian A.O., Osipov A.V. On one approach to determining the parameters of a defect in a beam // Defectoscopy, 2014, no. 11, pp. 37–47.
  11. Ilgamov M.A., Khakimov A.G. Diagnosis of damage to a notched cantilever beam // Defectoscopy, 2009, no. 6, pp. 83–89.
  12. Lebedev I.M., Shifrin E.I. Identification of transverse cracks in a bar by natural frequencies of transverse vibrations // Mech. Solids, 2020, no. 4, pp. 50–70.
  13. Naiphe A.Kh. Introduction to Perturbation Methods. Moscow: Mir, 1984. 535 p.
  14. Bathias C., Paris P.C. Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. N.Y.: Marcel Dekker, 2005. 328 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (75KB)
3.

Download (24KB)
4.

Download (37KB)
5.

Download (39KB)
6.

Download (37KB)

Copyright (c) 2023 И.С. Никитин, Н.Г. Бураго, А.Д. Никитин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».