KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.1
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pp.13-22
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2013
This paper deals with a novel method for numerical analyses of the tapered geometrical non-linear beam with three unknown parameters, subjected a floating point load. The beams with hinged-movable end constraint are chosen as the objective beam. Cross sections of the beam whose flexural rigidities are functionally varied with the axial coordinate. The first order simultaneous differential equations governing the elastica of such beam are derived on the basis of the Bernoulli-Euler beam theory. A novel numerical method for solving these equations is developed by using the iteration technique. The processes of the solution method are extensively discussed through a typical numerical example. For validating theories developed herein, laboratory scaled experiments are conducted.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.4
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pp.365-373
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2011
Damage of reinforced concrete panel subjected to blast load using parallel and domain decomposition is analyzed. The numerical results are sensitive to the mesh size because blast waves are generated during the extremely short term. In order to investigate the effect of mesh size on the blast wave, the analysis results from various wave mesh size using AUTODYN, the explicit finite element analysis program, were compared with existing experimental results. The smaller mesh size was, the higher accuracy was. However, in this case, the analysis was inefficient. Therefore, in order to increase numerical efficiency, the parallel analysis using decomposed method based on Euler and Lagrangian description was performed. Finally, the decomposed method using both the structure domain based on Lagrange description and the blast wave domain based on Euler description was more efficient than the decomposed method using only the Lagrange mesh on structure domain.
In this study simply supported nonlinear Euler-Bernoulli beams resting on linear elastic foundation and subjected to the axial loads is investigated. A new kind of analytical technique for a non-linear problem called He's Energy Balance Method (EBM) is used to obtain the analytical solution for non-linear vibration behavior of the problem. Analytical expressions for geometrically non-linear vibration of Euler-Bernoulli beams resting on linear elastic foundation and subjected to the axial loads are provided. The effect of vibration amplitude on the non-linear frequency and buckling load is discussed. The variation of different parameter to the nonlinear frequency is considered completely in this study. The nonlinear vibration equation is analyzed numerically using Runge-Kutta $4^{th}$ technique. Comparison of Energy Balance Method (EBM) with Runge-Kutta $4^{th}$ leads to highly accurate solutions.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.10
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pp.560-567
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2002
This paper presents the calculation of opening characteristics for puffer GCB with the equations of the flow field and the motion of the driving mechanism. To obtain the stroke curve, the motion equation is solved simultaneously with the Euler equations. For a given Piston location, the flow field is solved. The pressure inside the Puffer chamber is then used to calculate the moving velocity and the new position of the piston. The FVFLIC method is employed to solve the axisymmetric Euler equations and the motion equation is solved by the Runge-Kutta method. The method is applied to the puffer GCB model and the stroke curve and the pressure rise in puffer chamber under no load condition are compared with the measured ones.
Hajdo, Emina;Mejia-Nava, Rosa Adela;Imamovic, Ismar;Ibrahimbegovic, Adnan
Coupled systems mechanics
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v.10
no.1
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pp.79-102
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2021
In this paper we deal with instability problems of structures under nonconservative loading. It is shown that such class of problems should be analyzed in dynamics framework. Next to analytic solutions, provided for several simple problems, we show how to obtain the numerical solutions to more complex problems in efficient manner by using the finite element method. In particular, the numerical solution is obtained by using a modified Euler-Bernoulli beam finite element that includes the von Karman (virtual) strain in order to capture linearized instabilities (or Euler buckling). We next generalize the numerical solution to instability problems that include shear deformation by using the Timoshenko beam finite element. The proposed numerical beam models are validated against the corresponding analytic solutions.
The dynamic response of Euler-Bernoulli beams to resonant harmonic moving loads is analysed. The non-dimensional form of the motion equation of a beam crossed by a moving harmonic load is solved through a perturbation technique based on a two-scale temporal expansion, which permits a straightforward interpretation of the analytical solution. The dynamic response is expressed through a harmonic function slowly modulated in time, and the maximum dynamic response is identified with the maximum of the slow-varying amplitude. In case of ideal Euler-Bernoulli beams with elastic rotational springs at the support points, starting from analytical expressions for eigenfunctions, closed form solutions for the time-history of the dynamic response and for its maximum value are provided. Two dynamic factors are discussed: the Dynamic Amplification Factor, function of the non-dimensional speed parameter and of the structural damping ratio, and the Transition Deamplification Factor, function of the sole ratio between the two non-dimensional parameters. The influence of the involved parameters on the dynamic amplification is discussed within a general framework. The proposed procedure appears effective also in assessing the maximum response of real bridges characterized by numerically-estimated mode shapes, without requiring burdensome step-by-step dynamic analyses.
The present contribution is concerned with the static and dynamic stability of a piezo-laminated Bernoulli-Euler beam subjected to an axial compressive force. Recently, an inconsistent derivation of the equations of motions of such a smart structural system has been presented in the literature, where it has been claimed, that an axial piezoelectric actuation can be used to control its stability. The main scope of the present paper is to show that this unfortunately is impossible. We present a consistent theory for composite beams in plane bending. Using an exact description of the kinematics of the beam axis, together with the Bernoulli-Euler assumptions, we obtain a single-layer theory capable of taking into account the effects of piezoelectric actuation and buckling. The assumption of an inextensible beam axis, which is frequently used in the literature, is discussed afterwards. We show that the cited inconsistent beam model is due to inadmissible mixing of the assumptions of an inextensible beam axis and a vanishing axial displacement, leading to the erroneous result that the stability might be enhanced by an axial piezoelectric actuation. Our analytical formulations for simply supported Bernoulli-Euler type beams are verified by means of three-dimensional finite element computations performed with ABAQUS.
Jeong, Jin Seob;Lee, Byoung Koo;Kim, Gwon Sik;Kim, Jong Ung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.6
s.79
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pp.699-705
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2005
This paper investigates critical loads of tapered cantilever columns with a tip mass, subjected to a follower force. The linearly tapered solid rectangular cross-sections are adopted as the column taper. The differential equation governing free vibrations of such columns, also called Beck's columns, is derived using the Bernoulli-Euler beam theory. Both divergence and flutter critical loads are calculated from the load-frequency curves that are obtained by solving the differential equation. The critical loads are presented as functions of various non-dimensional system parameters, namely, the taper type, the subtangential parameter, and the mass ratio.
In this research, the buckling analysis of sandwich beam with composite reinforced by graphene platelets (GPLs) in two face sheets is investigated. Three type various porosity patterns including uniform, symmetric and asymmetric are considered through the thickness direction of the core. Also, the top and bottom face sheets layers are considered composite reinforced by GPLs/CNTs based on Halpin-Tsai micromechanics model and extended mixture rule, respectively. Based on various shear deformation theories such as Euler-Bernoulli, Timoshenko and Reddy beam theories, the governing equations of equilibrium using minimum total potential energy are obtained. It is seen that the critical buckling load decreases with an increase in the porous coefficient, because the stiffness of sandwich beam reduces. Also, it is shown that the critical buckling load for asymmetric distribution is lower than the other cases. It can see that the effect of graphene platelets on the critical buckling load is higher than carbon nanotubes. Moreover, it is seen that the difference between carbon nanotubes and graphene platelets for Reddy and Euler-Bernoulli beam theories is most and least, respectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.4
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pp.331-340
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2021
The blast damage behavior of reinforced concrete (RC) structures exposed to unexpected extreme loading was investigated. To enhance the accuracy of numerical simulation for blast loading on RC structures with seven blast points, the calculation of blast loads using the Euler-flux-corrected-transport method, the proposed Euler-Lagrange coupling method for fluid-structure interaction, and the concrete dynamic damage constitutive model including the strain rate-dependent strength and failure models was implemented in the ANSYS-AUTODYN solver. In the analysis results, in the case of 20 kg TNT, only the slab member at three blast points showed moderate and light damage. In the case of 100 kg TNT, the slab and girder members at three blast points showed moderate damage, while the slab member at two blast points showed severe damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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