Based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), the authors present a nonlocal Timoshenko beam theory (TBT) for the nonlinear free vibration analysis of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) embedded in an elastic medium. In this formulation, four different edge conditions of the embedded MWCNT are considered, two different models with regard to the van der Waals interaction between each pair of walls constituting the MWCNT are considered, and the interaction between the MWCNT and its surrounding medium is simulated using the Pasternak-type foundation. The motion equations of an individual wall and the associated boundary conditions are derived using Hamilton's principle, in which the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometrical nonlinearity is considered. Eringen's nonlocal elasticity theory is used to account for the effects of the small length scale. Variations of the lowest frequency parameters with the maximum modal deflection of the embedded MWCNT are obtained using the differential quadrature method in conjunction with a direct iterative approach.
This paper presents a theoretical and computational approach to solve inelastic structures subjected to overloads. Current practice in structural design is based on elastic analysis followed by limit strength design. Whereas this approach typically results in safe strength design, it does not always guarantee satisfactory performance at the service level because the internal stiffness distribution of the structure changes from the service to the ultimate strength state. A significant variation of relative stiffnesses between the two states may result in unwanted cracking at the service level with expensive repairs, while, under certain circumstances, early failure may occur due to unexpected internal moment reversals. To address these concerns, a new inelastic model is presented here that is based on the nonlinear material response and the interaction relation between axial forces and bending moments of a beam-column element. The model is simple, reasonably accurate, and computationally efficient. It is easy to implement in standard structural analysis codes, and avoids the complexities of expensive alternative analyses based on 2D and 3D finite-element computations using solid elements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.635-643
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1998
A spectral element method(SEM) is introduced for the vibration analysis of a rectangular plate subject to dynamic concentrated loads. First, the spectral plate element is derived from the relations between the forces and displacements along the two opposite edges of plate element. The global spectral matrix equation is then formulated by assembling two spectral plate elements so that the dynamic concentrated load is located at the connection nodal line between two plate elements. the concentrated load is then spatially Fourier transformed in the direction of the connection nodal line to transform the two-dimensional plate problem into a simplified equivalent one-dimensional beam-like problem. We may benefit from these procedures in that the spectral results from the present SEM is compared with the exact analytical solutions to prove the remarkable accuracy of the present SEM, while this is not true for conventional finite element solutions, especially at high frequency.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1992.10a
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pp.82-87
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1992
In this thesis, the fatigue tests were performed on a series of SFRC (steel fiber reinforced concrete)to investigate the flexural tensile behavior of SFRC varying with the steel fiber contents and the steel fiber aspect ratios. Beam specimens of 10$\times$10$\times$60cm are used. the specimen series are classified according to the steel fiber contents varying 0.5. 1.0, 1.5%, and to the steel fiber aspect ratios varying 60, 80, 100. The three point loading system was used in the fatigue tests. The minimum value of repeated loading was fixed at 10.0kgf and maximum value was 75% to static ultimate strength for periodically using concrete strain gages located at the lower end of the mid-span, and the stress-strain curves were drawn for each specimens, respectively. From the tests result, it was found that the larger steel fiber content and the smaller the steel fiber aspect ratio is , the tensile strain of SFRC under fatigue load proportionally increases. By the regression analysis on these results, the empirical formulae to predict the tensile strain of SFRC were suggested. In comparison of the tensile elastic modulus under fatigue load, it was also found that the larger steel fiber content and the smaller steel fiber aspect ratio is , the smaller decreasing rate of the stiffness of SFRC under fatigue load decreased.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.3
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pp.99-109
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2000
Elastic dynamic responses analysis program for ship hulls considering slamming impact loads due to the voyage in large amplitude waves is developed. Ship hull structures are modeled by a thin-walled beam model in order to consider effects of shear deformation. The momentum slamming theory is used to derive nonlinear hydrodynamic forces considering intersection between wave particles and ship section. For the validation of the developed computer program, motions of a V-shaped simple section model and S-175 standard container model are calculated and analyzed. In each numerical example, time histories of relative displacement, velocity and vertical bending moment of a ship section are derived, considering the effect of slamming impacts in various wave conditions.ures near the free surface as well as the wake of the hydrofoil.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.2
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pp.26-32
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2001
In this paper, elastic responses of a floating structure in waves with a breakwater are presented. The method of source-dipole distribution is used to analyze the velocity potentials for the fluid region. The deflections of structure are expanded approximately in terms of natural mode functions of free-free beam. The model for present calculation is a floating plate with an length of 1000m and the hydroelastic responses for a floating structure with a straight breakwater are shown. The effects of distance between breakwater and structure, bending rigidity and relative length of regular waves are examined.
The structural response characteristics of Tension leg platforms(TLPs) in waves are examined for presenting the basic data for structural design of TLPs. The numerical approach is based on a combination of the three dimensional source distribution method and the structural response analysis method, in which the superstructure of TLP is assumed to be flexible instead of rigid. Hydrodynamic and hydrostatic forces on the submerged surface of a TLP have been accurately calculated by excluding the assumption of the slender body theory. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in structural analysis. The mooring forces are estimated as the sum of pretension of tendons and variational tension due to longitudinal displacements. Stiffness matrices of elastic beam elements connecting nodes are formulated by ordinary method of three dimensional frame analysis. The equation of motion about the whole structure is obtained by the sum of forces and moments acting on each nodes.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.13
no.4
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pp.290-295
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2001
Subsets pipelines are exposed to several potential risks of damage due to corrosion, soil instability, anchor impact and other hazards. One of the main risk factors for the safety of a subsea pipeline is its free spanning. This paper examines the safety of subsea pipelines with free span under axial compressive load. The variation of allowable lengths of dynamic free span is examined for generalized boundary conditions. The free span is modelled as a beam with an elastic foundations and the boundary condition is replaced by linear and rotational springs at each end. A dynamic free span curve is obtained with a function of non-dimensional parameters and can be used usefully for the design of subsea pipelines with a free span. A case study is carried out to introduce the application method of the curve.
The purpose of this paper is to develop a mathematical expression for computing crack angles based on reinforcement volumes in the longitudinal and transverse directions, member end-fixity and length-to-width aspect ratio. For this a reinforced concrete beam-column element is assumed to possess a series of potential crack planes represented by a number of differential truss elements. Depending on the boundary condition, a constant angle truss or a variable angle truss is employed to model the cracked structural concrete member. The truss models are then analyzed using the virtual work method of analysis to relate forces and deformations. Rigorous and simplified solution schemes are presented. An equation to estimate the theoretical crack angle is derived by considering the energy minimization on the virtual work done over both the shear and flexural components the energy minimization on the virtual work done over both the shear and flexural components of truss models. The crack angle in this study is defined as the steepest one among fan-shaped angles measured from the longitudinal axis of the member to the diagonal crack. The theoretical crack angle predictions are validated against experimentally observed crack angle reported by previous researchers in the literature. Good agreement between theory and experiment is obtained.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.487-493
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1994
Moment distribution procedure in the elastic analysis of rigid frames can be easily expressed with the adjusting moment equations(or relaxation equations) by using the concept of total adjusting moment at each joint after infinite cycles of moment distribution. Adjusting moment equations are a set of simultaneous equations from which the total adjusting moments at each joints after infinite cycles of physical relaxation can be determined. The form of simultaneous equations is a kind of relaxation equations and can be easily solved by the hand calculators. A unique and simplified procedure for the influence line analysis of a continuous beam is presented as an application of the method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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