Slimane Debbaghi;Mouloud Dahmane;Mourad Benadouda;Hassen Ait Atmane;Nourddine Bendenia;Lazreg Hadji
Coupled systems mechanics
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v.13
no.1
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pp.43-60
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2024
This work presents an analytical approach to investigate wave propagation in bi-directional functionally graded cantilever porous beam. The formulations are based on Touratier's higher-order shear deformation beam theory. The physical properties of the porous functionally graded material beam are graded through the width and thickness using a power law distribution. Two porosities models approximating the even and uneven porosity distributions are considered. The governing equations of the wave propagation in the porous functionally graded beam are derived by employing the Hamilton's principle. Closed-form solutions for various parameters and porosity types are obtained, and the numerical results are compared with those available in the literature.The numerical results show the power law index, number of wave, geometrical parameters and porosity distribution models affect the dynamic of the FG beam significantly.
This study focuses on wave propagation analysis in the curved nanobeam exposed to different thermal loadings based on the Nonlocal Strain Gradient Theory (NSGT). Mechanical properties of the constitutive materials are assumed to be temperature-dependent and functionally graded. For modeling, the governing equations are derived using Hamilton's principle. Using the proposed model, the effects of small-scale, geometrical, and thermo-mechanical parameters on the dynamic behavior of the curved nanobeam are studied. A small-scale parameter, Z, is taken into account that collectively represents the strain gradient and the nonlocal parameters. When Z<1 or Z>1, the phase velocity decreases/increases, and the stiffness-softening/hardening phenomenon occurs in the curved nanobeam. Accordingly, the phase velocity depends more on the strain gradient parameter rather than the nonlocal parameter. As the arc angle increases, more variations in the phase velocity emerge in small wavenumbers. Furthermore, an increase of ∆T causes a decrease in the phase velocity, mostly in the case of uniform temperature rise rather than heat conduction. For verification, the results are compared with those available for the straight nanobeam in the previous studies. It is believed that the findings will be helpful for different applications of curved nanostructures used in nano-devices.
Sparse regularization methods have proven effective in addressing the ill-posed equations encountered in moving force identification (MFI). However, the complexity of vehicle loads is often ignored in existing studies aiming at enhancing MFI accuracy. To tackle this issue, a double 𝑙1 regularization method is proposed for MFI based on a response spectrum-based weighted dictionary in this study. Firstly, the relationship between vehicle-induced responses and moving vehicle loads (MVL) is established. The structural responses are then expanded in the frequency domain to obtain the prior knowledge related to MVL and to further construct a response spectrum-based weighted dictionary for MFI with a higher accuracy. Secondly, with the utilization of this weighted dictionary, a double 𝑙1 regularization framework is presented for identifying the static and dynamic components of MVL by the alternating direction method of multipliers (ADMM) method successively. To assess the performance of the proposed method, two different types of MVL, such as composed of trigonometric functions and driven from a 1/4 bridge-vehicle model, are adopted to conduct numerical simulations. Furthermore, a series of MFI experimental verifications are carried out in laboratory. The results shows that the proposed method's higher accuracy and strong robustness to noises compared with other traditional regularization methods.
Hayat Saidi;Abdelouahed Tounsi;Fouad Bourada;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdeldjebbar Tounsi;Firas Ismail Salman Al-Juboori
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.249-271
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2024
In this scientific work, an analytical solution for the dynamic analysis of cross-ply and angle-ply laminated composite plates is proposed. Due to technical issues during the manufacturing of composite materials, porosities and micro-voids can be produced within the composite material samples, which can carry on to a reduction in the density and strength of the materials. In this research, the laminated composite plates are assumed to have new distributions of porosities over the plate cross-section. The structure is modeled using a simple integral shear deformation theory in which the transverse shear deformation effect is included. The governing equations of motion are obtained employing the principle of Hamilton's. The solution is determined via Navier's approach. The Maple program is used to obtain the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometry, ratio, modulus ratio, fiber orientation angle, number of layers and porosity parameter on the natural frequencies of symmetric and anti-symmetric laminated composite plates is presented and discussed in detail. Also, the impacts of the kinds of porosity distribution models on the natural frequencies of symmetric and anti-symmetric laminated composite plates are investigated.
Siamak Ghadimi;Seyed Sina Kourehli;Gholamreza Zamani-Ahari
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.263-283
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2024
This research introduces a new composite system that utilizes multiple moving masses to identify cracks in structures resembling beams. The process starts by recording displacement time data from a set of these moving masses and converting this information into a relative time history through weighted aggregation. This relative time history then undergoes wavelet transform analysis to precisely locate cracks. Following wavelet examinations, specific points along the beam are determined as potential crack sites. These points, along with locations on the beam susceptible to cracked point due to support conditions, are marked as crack locations within the optimization algorithm's search domain. The model uses equations of motion based on the finite element method for the moving masses on the beam and employs the Runge-Kutta numerical solution within the state space. The proposed system consists of three successive moving masses positioned at even intervals along the beam. To assess its effectiveness, the method is tested on two examples: a simply supported beam and a continuous beam, each having three scenarios to simulate the presence of one or multiple cracks. Additionally, another example investigates the influence of mass speed, spacing between masses, and noise effect. The outcomes showcase the method's effectiveness and efficiency in localizing crack, even in the presence of noise effect in 1%, 5% and 20%.
The paper considers one of the new applications of computer methods in music composition, using smart nanobeams-an integration of advanced computational techniques with new, specially designed materials for enhanced performance capabilities in music composition. The research applies some peculiar properties of smart nanobeams, embedded with piezoelectric materials that modulate and control sound vibrations in real-time. The study is conducted to determine the effects of changes in the length, thickness of nanobeams and the applied voltage on acoustical properties and the tone quality of musical instruments with the help of numerical simulations and optimization algorithms. By means of piezo-elasticity theory, different governing equations of nanobeam systems can be derived, which are solved by the numerical method to predict the dynamic behavior of the system under different conditions. Results show that manipulation of the parameters allows great control over pitch, timbre, and resonance of the instrument; such a system offers new ways in which composers and performers can create music. This research also validates the computational model against available theoretical data, proving the accuracy and possible applications of the former. The work thus marks a large step towards the intersection of music composition with smart material technology, and, when further developed, it would mean that smart nanobeams could revolutionize the process for composing and performing music on these instruments.
The current paper presents a system dynamics model which can generate the land use anq transportation system performance simultaneously is proposed. The model system consists of 7 submodels (population, migration of population, household, job growth-employment-land availability, housing development, travel demand, and traffic congestion level), and each of them is designed based on the causality functions and feedback loop structure between a large number of physical, socio-economic, and policy variables. The important advantages of the system dynamics model are as follows. First, the model can address the complex interactions between land use and transportation system performance dynamically. Therefore, it can be an effective tool for evaluating the time-by-time effect of a policy over time horizons. Secondly, the system dynamics model is not relied on the assumption of equilibrium state of urban systems as in conventional models since it determines the state of model components directly through dynamic system simulation. Thirdly, the system dynamics model is very flexible in reflecting new features, such as a policy, a new phenomenon which has not existed in the past, a special event, or a useful concept from other methodology, since it consists of a lots of separated equations. In Chapter I, II, and III, overall approach and structure of the model system are discussed with causal-loop diagrams and major equations. In Chapter V _, the performance of the developed model is applied to the analysis of the impact of highway capacity expansion on land use for the area of Montgomery County, MD. The year-by-year impacts of highway capacity expansion on congestion level and land use are analyzed with some possible scenarios for the highway capacity expansion. This is a first comprehensive attempt to use dynamic system simulation modeling in simultaneous treatment of land use and transportation system interactions. The model structure is not very elaborate mainly due to the problem of the availability of behavioral data, but the model performance results indicate that the proposed approach can be a promising one in dealing comprehensively with complicated urban land use/transportation system.
Jang Jeong-Wook;Park Choon-Sik;Ha Joo-Hwa;Chung Youn-In
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.17
no.2
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pp.80-85
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2005
This study, Using Pusan clay, examined a relationship between Dynamic and Static Liquid Tests. The Static Liquid Tests were carried out based on BS and JIS. The results of the study are summarized as follows. (1) The result of the Dynamic Liquid Limit Test showed that the liquid limit values of Natural condition soil were greater than those of oven-dried soil by $4\%\~15\%$. (2) The liquid limit value of the Static Liquid Limit Test was greater than that of the Dynamic Liquid Limit Test by $2\%\~9\%$. The following equations show the relationship between tile two values. WL, Fall(JIS)=0.961$\cdot$WL, Cas+4.209, WL, Fall(BS)=0.969$\cdot$WL, Cas+5.024, (3) The liquid limit value of BS was greater than that of JIS by $1\%\~6\%$. The following equation shows the relationship between the two values. WL, Fall(BS)=0.976WL, Fall(JIS)+2.638.
Using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of aqueous xanthan gum solutions with different concentrations were measured over a wide range of strain amplitudes and then the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a broad range of angular frequencies. In this article, both the strain amplitude and concentration dependencies of dynamic viscoelastic behavior were reported at full length from the experimental data obtained from strain-sweep tests. In addition, the linear viscoelastic behavior was explained in detail and the effects of angular frequency and concentration on this behavior were discussed using the well-known power-law type equations. Finally, a fractional derivative model originally developed by Ma and Barbosa-Canovas (1996) was employed to make a quantitative description of a linear viscoelastic behavior and then the applicability of this model was examined with a brief comment on its limitations. Main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At strain amplitude range larger than 10%, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior, indicating a decrease in storage modulus as an increase in strain amplitude. (2) At strain amplitude range larger than 80%, the loss modulus exhibits an exceptional nonlinear strain-overshoot behavior, indicating that the loss modulus is first increased up to a certain strain amplitude(${\gamma}_0{\approx}150%$) beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (3) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0>200%$), a viscous behavior becomes superior to an elastic behavior. (4) An ability to flow without fracture at large strain amplitudes is one of the most important differences between typical strong gel systems and concentrated xanthan gum solutions. (5) The linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature and a gel-like structure is present in these systems. (6) As the polymer concentration is increased, xanthan gum solutions become more elastic and can be characterized by a slower relaxation mechanism. (7) Concentrated xanthan gum solutions do not form a chemically cross-linked stable (strong) gel but exhibit a weak gel-like behavior. (8) A fractional derivative model may be an attractive means for predicting a linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions but classified as a semi-empirical relationship because there exists no real physical meaning for the model parameters.
Transmission tower-line systems are commonly slender and generally possess a small stiffness and low structural damping. They are prone to impulsive excitations induced by cable rupture and may experience strong vibration. Excessive deformation and vibration of a transmission tower-line system subjected to cable rupture may induce a local destruction and even failure event. A little work has yet been carried out to evaluate the performance of transmission tower-line systems in mountain areas subjected to cable rupture. In addition, the control for cable rupture induced vibration of a transmission tower-line system has not been systematically conducted. In this regard, the dynamic response analysis of a transmission tower-line system in mountain areas subjected to cable rupture is conducted. Furthermore, the feasibility of using viscous fluid dampers to suppress the cable rupture-induced vibration is also investigated. The three dimensional (3D) finite element (FE) model of a transmission tower-line system is first established and the mathematical model of a mountain is developed to describe the equivalent scale and configuration of a mountain. The model of a tower-line-mountain system is developed by taking a real transmission tower-line system constructed in China as an example. The mechanical model for the dynamic interaction between the ground and transmission lines is proposed and the mechanical model of a viscous fluid damper is also presented. The equations of motion of the transmission tower-line system subjected to cable rupture without/with viscous fluid dampers are established. The field measurement is carried out to verify the analytical FE model and determine the damping ratios of the example transmission tower-line system. The dynamic analysis of the tower-line system is carried out to investigate structural performance under cable rupture and the validity of the proposed control approach based on viscous fluid dampers is examined. The made observations demonstrate that cable rupture may induce strong structural vibration and the implementation of viscous fluid dampers with optimal parameters can effectively suppress structural responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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