A cracked beam finite element: Application to rotating shaft dynamics;Un élément fini de poutre fissurée: Application à la dynamique des arbres tournants

European Journal of Computational Mechanics

Volumn 16, Issue 5, 2007, Pages 643-663

  El Arem, Saber ^a   Maitournam, Habibou ^a  

^a LABORATOIRE DE MÉCANIQUE DES SOLIDES   (France)

Author keywords

Beam; Crack; Finite element; Rotor; Unilateral contact

Indexed keywords

DIFFERENTIAL EQUATIONS; FINITE ELEMENT METHOD; NUMERICAL METHODS; STIFFNESS MATRIX; STRUCTURAL DYNAMICS;

ADDITIONAL FLEXIBILITIES; BEAM; BEAM FINITE ELEMENTS; CONTACT CONDITIONS; CRACKED BEAMS; FINITE ELEMENT; FINITE-ELEMENT CALCULATIONS; ROTATING SHAFT; THREE DIMENSIONAL FINITE ELEMENTS; UNILATERAL CONTACT;

CRACKS;

EID: 67651107455     PISSN: 26422085     EISSN: 26422050     Source Type: Journal    
DOI: 10.3166/REMN.16.643-663     Document Type: Article

References (60)

1. Abraham O. N. L., Brandon J. A., Cohen A. M., « Remark on the determination of compliance coefficients at the crack section of a uniform beam with circular cross section », J. Sound Vib., vol. 169, no 2, p. 570-574, 1994.
2. Andrieux S., Détermination de la loi de comportement en flexion bi-axée d'une poutre fissurée avec prise en compte du contact sur les fissures (in french), rapport interne no HP- 50/99/018/A, EDF-DER, 2000.
3. Andrieux S., Varé C., « A 3D cracked beam model with unilateral contact- Application to rotors », European Journal of Mechanics, A/Solids, vol. 21, p. 793-810, 2002.
4. Anifantis N., Dimarogonas A. D., « Identification of peripheral cracks in cylindrical shells », ASME-Wint. Ann. Meet., Boston, Mass., USA, 1983.
5. Audebert S., Voinis P., « Comportement dynamique de rotors avec fissuration transverse : modélisation et validation expérimentale (in french) », 13ème colloque Vib. Chocs et bruits, Lyon, France, 2000.
6. Bachschmid N., Diana N., Pizzigoni B., « The influence of unbalance on cracked rotors », Conf.Vib.Rotat. Mach., U.K, 1980.
7. Bachschmid N., Pennacchi P., Tanzi E., Audebert S., « Transverse crack modeling and validationinrotor systems including thermal effects », Int.J. of Rotat. Mach., vol. 10, no 4, p. 253-263, 2004.
8. Bachschmid N., Pennacchi P., Vania A., « Identificationof multiple faults in rotor systems », Journal of Sound and Vibration, vol. 254(02), p. 327-366, 2002.
9. Bently D., Muszynska A., « Detection of rotor cracks », 15th Turbomachinery Symposium, Texas, 1986.
10. Brown F. W., Srawley J. E., « Plane strain crack toughness testing of high strength metallic materials », ASTM STP, vol. 410, p. 12, 1966.
11. Bueckner H. F., « The propagation of cracks and the energy of elastic deformation », Trans. ASME, vol. 80, p. 1225-1229, 1958.
12. Darpe A. K., Gupta K., Chawla A., « Transient response and breathing behaviour of a cracked Jeffcott rotor », J. Sound Vib., vol. 272, p. 207-243, 2004.
13. Davies W., Mayes I., « The vibrational behaviour of multi-shaft, multi-bearing system in the presence of the propagating transverse crack », J. Vib. Acous. Stress Reliab. Design, vol. 106, p. 146-153, 1984.
14. Dimarogonas A. D., Dynamic response of cracked rotors, Internal report, General Electric Co., Schenectady NY, 1970.
15. Dimarogonas A. D., Dynamics of cracked shafts, Internal report, General Electric Co., Schenectady NY, 1971.
16. Dimarogonas A. D., « Crack identification of in aircraft structures », First National aircraft conf., Athens, 1982.
17. Dimarogonas A. D., « A fuzzy logic neutral network structured expert system shell for diagnosis and prognosis- users manual », EXPERTS, Clayton laboratories, St Louis, Missouri, USA, 1987.
18. Dimarogonas A. D., « A general purpose rotor dynamic analysis program- users manual », RODYNA, Clayton laboratories, St Louis, Missouri, USA, 1988.
19. Dimarogonas A. D., « Author's reply », J. Sound and Vibration, vol. 169, p. 575-576, 1994.
20. Dimarogonas A. D., « Vibration of cracked structures : A state of the art review », Engineering Fracture Mechanics, vol. 55, no 5, p. 831-857, 1996.
21. Dimarogonas A. D., Paipetis S. A., Analytical methods in rotor dynamics, Applied science Publishers, 1983.
22. Dirr B. O., Schmalhorst B. K., « Crack depth analysis of a rotating shaft by vibration measurement », ASME J. Vib. Acous. Stres. Relia. Des., vol. 110, p. 158-164, 1988.
23. El Arem S., Vibrations non-lineaires des structures fissurées : application aux rotors de turbines (in french), PhD thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 2006.
24. El Arem S., Andrieux S., Varé C., Verrier P., « Loi de comportement en flexion d'une section de poutre fissurée avec prise en compte des effets de cisaillement (in french) », 6ème colloque nationale en calcul des structures, vol. II, Giens, p. 223-230, 2003.
25. El Arem S., Nguyen Q. S., « A simple model for the dynamical behavior of a cracked rotor », Advances in Geomaterials and Structures, Hammamet, p. 393-398, 2006.
26. Entwistle R. D., Stone B. J., « Survey of the use of vibration methods in the assessment of component geometry », Vib. and Noise Meas. Pred. and Cont., Inst. engineers, Australia, vol. 90, p. 210-217, 1990.
27. Friswell M., Penny J., « Crack Modelling for Structural Health Monitoring », International Journal of Structural Health Monitoring, vol. 1, p. 139-148, 2002.
28. Gasch R., « Dynamical behavior of a simple rotor with a cross-sectional crack », Vibrations in rotating machinery, I. Mech. E. Conference, London, p. 123-128, 1976.
29. Gasch R., « A survey of the dynamic behavior of a simple rotating shaft with a transverse crack », J. Sound and vibration, vol. 160, p. 313-332, 1993.
30. Géradin M., Rixen D., Théorie des vibrations : Application à la dynamique des structures, Masson, Paris, 1992.
31. Go C. G., Lin Y. S., « Infinitely small element for dynamic problem of cracked beam », Eng. Fract. Mech., vol. 48, no 4, p. 475-482, 1994.
32. Gross B., Srawley J. E., Stress intensity factors for a single-edge-notch tension specimen by boundary collocation of a stress function, Tech. Note no D-2395, NASA, 1964.
33. Gross B., Srawley J. E., Stress intensity factors for a single-edge-notch specimen in bending or combined bending and tension by boundary collocation of a stress function, Tech. Note no D-2603, NASA, 1965.
34. Henry T. A., Okah-Avae, « Vibrations in cracked shafts », Vibrations in rotating machinery, Inst. Mech. E. Conference, London, p. 15-19, 1976.
35. Hilber H. M., Hughes T., Taylor R., « Improved numerical dissipation for time integration algorithms in structural dynamics », Earthquake Engneering and Structural Dynamics, vol. 5, p. 283-293, 1977.
36. Imam I., Azzaro S. H., Bankert R. J., Scheibel I., « Developement of an on-line rotor crack detection and monitoring system », J. Sound and Vib., vol. 111, p. 241-250, 1989.
37. Irwin G. R., « Analysis of stresses and strains near the end of a cracktraversing a plate », J. App. Mech., vol. 24, p. 361-364, 1957.
38. Jun O. S., Eun H. J., Earmme Y., Lee C., « Modelling and vibration analysis of a simple rotor with a breathing crack », J. Sound and Vibration, vol. 155, no 2, p. 273-290, 1992.
39. Lalanne M., Ferraris G., Rotordynamics Prediction in Engineering, John Wiley & Sons, England, 1990.
40. Liebowitz H., Claus D. W., « Carrying capacity of notched columns », Eng. Fract. Mech., vol. 1, p. 379-384, 1968.
41. Liebowitz H., Vanderveldt H., Harris W. D., « Failure of notched columns », Int. J. Solids Struct., vol. 3, p. 489-500, 1967.
42. Mayes I., Davies W., « The vibrational behaviour of a rotating shaft system containing a transverse crack », Vibrations in rotating machinery, Inst. Mech. E. Conference, London, p. 53- 65, 1976.
43. Mayes I., Davies W., « A method of calculating the vibrational behaviour of coupled rotating shafts containning a transverse crack », Vibrations in rotating machinery, Inst. Mech. E. Conference, London, p. 17-27, 1980.
44. Okamura H., Liu H. W., Chu C.-S., Liebowitz H., « A cracked column under compression », Eng. Fract. Mech., vol. 1, p. 547-564, 1969.
45. OstachowiczW. M., Krawwczuk M., « Vibration analysis of a cracked beam », Comput. Struct., vol. 36, no 2, p. 245-250, 1990.
46. Ostachowicz W. M., Krawwczuk M., « Coupled torsional and bending vibrations of a rotor with an open crack », Arch. App. Mech., vol. 62, p. 191-201, 1992.
47. Papadopoulos C. A., Dimarogonas A. D., « Coupled longitudinal and bending vibrations of a rotating shaft with an open crack », J. Sound vibration, vol. 117, p. 81-93, 1987a.
48. Papadopoulos C. A., Dimarogonas A. D., « Coupling of bending and torsional vibration of a cracked Timoshenko beam », Ing. Arch., vol. 57, p. 496-505, 1987b.
49. Papadopoulos C. A., Dimarogonas A. D., « Stability of cracked rotors in the coupled vibration mode », ASME-11th Bien. Conf. Mech. Vib. Noise, Boston, Mass., USA, p. 25-34, 1987c.
50. Rice J.R., Levy N., « The part-through surface crack in an elastic plate », J. App. Mech., vol. 39, p. 185-194, 1972.
51. Saavedra P. N., Cuitino L. A., « Crack detection and vibrational behavior of cracked beams », Comput. Struct., vol. 79, p. 1451-1459, 2001.
52. Sinou J. J., Lees A. W., « The influence of cracks in rotating shafts », J. Sound Vib., vol. 285, p. 1015-1037, 2005.
53. Sinou J. J., Lees A. W., « A non-linear study of a cracked rotor », European Journal of Mechanics- A/Solids, vol. 26, p. 152-170, 2007.
54. Tada H., Paris P., Irwin G., The stress analysis of cracks handbook, Del Research Corporation, Hellertown, pennsylvania, USA, 1973.
55. Varé C., Andrieux S., « Modélisation d'une section de poutre fissurée-Application aux rotors de turbine », Revue Française de Mécanique, vol. 2000, no 2, p. 91-97, 2000.
56. Verrier P., El Arem S., Calcul d'un modèle de rotor fissuré avec prise en compte de l'effort tranchant-cas de la flexion plane (in french), rapport interne no HT-65/03/009/A, EDF-DER, 2003.
57. Wauer J., « On the dynamics of cracked rotors : A literature survey », Applied Mechanical Reviews, vol. 43, no 1, p. 13-17, 1990.
58. Westmann R. A., Yang W. H., « Stress analysis of cracked rectangular beams », J. APP. Mech., vol. 32, p. 639-701, 1967.
59. Zuo L., Etude du comportement dynamique des systèmes linéaires par morceaux- contribution à la détection des fissures dans les arbres de machines tournantes, PhD thesis, EPFL, 1992.
60. Zuo L., Curnier A., « Nonlinear real and complex modes of conewise linear systems », J. Sound and Vib., vol. 174, no 3, p. 289-313, 1994.