We propose a simple model to elucidate the dispersion behavior of spiraling modes on silver nanowire by finding correspondence parameters and building a simple equivalent relationship with the planar insulator-metal-insulator geometry. The characteristics approximated for the proposed structure are compared with the results from an exact solution obtained by solving Maxwell's equation in cylindrical coordinates. The effective refractive index for our proposed equivalent model is in good agreement with that for the exact solution in the 400-2000 nm wavelength range. In particular, when the radius of the silver nanowire is 100 nm, the calculated index shows typical improvements; the average percentage error for the real part of the effective refractive index is reduced to only 5% for the $0^{th}$ order mode (11.9% in previous results) and 1.5% for the $1^{st}$ order mode (24.8% in previous results) in the 400-800 nm wavelength range. This equivalent model approach is expected to provide further insight into understanding the important behavior of nanowire waveguides.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sani, Ahmad Aftabi;Hozhabrossadati, Seyed Mojtaba
Steel and Composite Structures
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제30권1호
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pp.57-67
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2019
This paper deals with the static analysis of axially functionally graded rectangular plates. It is assumed that the flexural rigidity of the plate varies exponentially along one of the plate's in-plane dimensions. Both an analytical approach and a numerical method are utilized to solve the problem. The analytical solution is obtained by using the Green's function method. To employ this approach, the adjoint boundary value problem is established. Then, exact solutions for deflection of the plate for different boundary conditions are found. In another way, a finite element formulation for the problem is developed. In order to demonstrate the validity of the Authors' formulation, the results obtained via both mentioned schemes are compared with each other for functionally graded plates and with results of previously published works for homogeneous plates. The effect of plate parameters on the response of the plate is also investigated. To remind the research background, a brief review on the application of Green's function method in plates' analysis and functionally graded plates is also presented.
Beg, Mirza S.;Khalid, Hasan M.;Yasin, Mohd Y.;Hadji, L.
Steel and Composite Structures
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제39권1호
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pp.1-20
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2021
An exact solution based on refined third-order theory (TOT) has been presented for functionally graded porous curved beams having deep curvature. The displacement field of the refined TOT is derived by imposing the shear free conditions at the outer and inner surfaces of curved beams. The properties of the two phase composite are tailored according the power law rule and the effective properties are computed using Mori-Tanaka homogenization scheme. The equations of motion as well as consistent boundary conditions are derived using the Hamilton's principle. The curved beam stiffness coefficients (A, B, D) are obtained numerically using six-point Gauss integration scheme without compromising the accuracy due to deepness (1 + z/R) terms. The porosity has been modeled assuming symmetric (even) as well as asymmetric (uneven) distributions across the cross section of curved beam. The programming has been performed in MATLAB and is validated with the results available in the literature as well as 2D finite element model developed in ABAQUS. The effect of inclusion of 1 + z/R terms is studied for deflection, stresses and natural frequencies for FG curved beams of different radii of curvature. Results presented in this work will be useful for comparison of future studies.
Base isolation technologies have been proven to be very efficient in protecting structures from seismic hazards during experimental and theoretical studies. In recent years, there have been more and more engineering applications using base isolators to upgrade the seismic resistibility of structures. Optimum design of the base isolator can lessen the undesirable seismic hazard with the most efficiency. Hence, tracing the nonlinear behavior of the base isolator with good accuracy is important in the engineering profession. In order to predict the nonlinear behavior of base isolated structures precisely, hundreds even thousands of degrees-of-freedom and iterative algorithm are required for nonlinear time history analysis. In view of this, a simple and feasible exact formulation without any iteration has been proposed in this study to calculate the seismic responses of structures with base isolators. Comparison between the experimental results from shaking table tests conducted at National Center for Research on Earthquake Engineering in Taiwan and the analytical results show that the proposed method can accurately simulate the seismic behavior of base isolated structures with elastomeric bearings. Furthermore, it is also shown that the proposed method can predict the nonlinear behavior of the VCFPS isolated structure with accuracy as compared to that from the nonlinear finite element program. Therefore, the proposed concept can be used as a simple and practical tool for engineering professions for designing the elastomeric bearing as well as sliding bearing.
이 연구는 이방성 평판의 휨 해석을 위한 지배방정식을 유도하고 다양한 경계조건을 갖는 평판의 정확한 풀이과정을 제시하였다. 이 해법은 삼각급수를 이용하여 미분 방정식을 대수학적 방정식으로 변환시키는 전통적인 Navier와 Levy의 방법을 따랐다. Levy의 방법을 이용해 해를 구하려면 평판의 마주보는 두 끝단이 단순지지단인 경우에만 가능하다. Navier의 방법은 사각평판의 네 끝단이 모두 단순지지단 이어야 한다. 본 연구는 Navier와 Levy해법이 갖는 경계조건 한계를 극복하였다. 이 해법은 평판 네 끝단의 경계조건이 단순지지단과 고정단의 어떤 조합이라도 적용될 수 있다. 하중조건도 분포하중, 부분하중 그리고 선하중에 대해 적용할 수 있다. 이 해법의 장점은 Navier와 Levy해법이 갖는 경계조건 한계를 극복하였을 뿐만 아니라 정확한 해를 구할 수 있다. 비대칭 경계조건을 갖는 이방성평판에 대하여 이 해법을 이용한 계산결과를 나타냈다. 또한 Navier해법과 Levy해법 그리고 Szilard의 계산결과와 비교를 보여주었는데 계산된 처짐량이 잘 일치한다.
From the equation of motion of a "bare" non-uniform beam (without any concentrated elements), an eigenfunction in term of four unknown integration constants can be obtained. When the last eigenfunction is substituted into the three compatible equations, one force-equilibrium equation, one governing equation for each attaching point of the concentrated element, and the boundary equations for the two ends of the beam, a matrix equation of the form [B]{C} = {0} is obtained. The solution of |B| = 0 (where ${\mid}{\cdot}{\mid}$ denotes a determinant) will give the "exact" natural frequencies of the "constrained" beam (carrying any number of point masses or/and concentrated springs) and the substitution of each corresponding values of {C} into the associated eigenfunction for each attaching point will determine the corresponding mode shapes. Since the order of [B] is 4n + 4, where n is the total number of point masses and concentrated springs, the "explicit" mathematical expression for the existing approach becomes lengthily intractable if n > 2. The "numerical assembly method"(NAM) introduced in this paper aims at improving the last drawback of the existing approach. The "exact"solutions in this paper refer to the numerical results obtained from the "continuum" models for the classical analytical approaches rather than from the "discretized" ones for the conventional finite element methods.
This paper deals with the analysis of the natural frequencies, mode shapes of an axially loaded beam system carrying ends consisting of non-concentrated tip masses and three spring-two mass sub-systems. The influence of system design and sub-system parameters on the combined system characteristics is the major part of this investigation. The effect of material properties, rotary inertia and shear deformation of the beam system is included. The end masses are elastically supported against rotation and translation at an offset point from the point of attachment. Sub-systems are attached to center of gravity eccentric points out of the beam span. The boundary conditions of the ordinary differential equation governing the lateral deflections and slope due to bending of the beam system including developed shear force frequency dependent terms, due to the sub.system suspension, have been formulated. Exact formulae for the modal frequencies and the modal shapes have been derived. Based on these formulae, detailed parametric studies are carried out. The geometrical and mechanical parameters of the system under study have been presented in non-dimensional analysis. The applied mathematical model is presented to cover wide range of mechanical, naval and structural engineering applications.
본 연구에서는 흡수, 방사 및 비등방성 산란을 하는 축대칭 유한원통형매질에 서의 형식해로부터 Gaussian Quadrature를 이용하여 수치적으로 엄밀해를 구하고 P-1 과 P-3근사해법을 통하여 얻어진 해와 비교하여 P-1과 P-3근사해법의 타당성을 검토하 였다.또한 매질의 광학두께, 산란알베도, 벽면방사율, 형상계수 등을 주요 파라미 터로 하여 이들의 영향에 대하여 고찰하였다.
Quantitative evaluation of photocatalytic activity of oxide nanoparticles in aqueous solution is quite challenging in that the kinetic reaction rate is determined by a complicated interplay among various limiting factors such as light scattering and absorption, diffusion and adsorption of reactants in condensed liquid phase, photoexcited charge separation and recombination rate, and the exact nature of active sites determined by detailed morphology and crystallinity of nanocrystals. Here, we present our simple experimental results showing that the kinetic regime of a typical photocatalytic degradation experiment over UV-irradiated $TiO_2$ nanoparticles in aqueous solution is in that dominated by the photoactivity of $TiO_2$ and its concentration. This result lays a firm ground of using the measured kinetic reaction rate in evaluating photocatalytic efficiency of oxide nanocrystals under evaluation.
Radiative transfer by nongray gas mixtures with nonuniform concentration and temperature profiles were studied by using the statistical narrow-band model and ray-tracing method with the sufficiently accurate $T_{60}$ quadrature set. Transmittances through the nonhomogeneous gas mixtures were calculated by using the Curtis-Godson approximation. Three different cases with different temperature and concentration profiles were considered to obtain benchmark solutions for nongray gas mixtures with nonuniform concentration and temperature profiles. The solutions obtained from this study were verified and found to be very well matched with the previous solutions for uniform gas mixtures. The results presented in this paper can be used in developing various solution methods for radiative transfer by nongray gas mixtures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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