A coupled method, that combines the Ritz method and the finite element (FE) method, is proposed to solve the vibration problem of rectangular thin and thick plates with general boundary conditions. The eigenvalue partial differential equation(s) of the plate is (are) first reduced to a set of eigenvalue ordinary differential equations by the application of the Ritz method. The resulting eigenvalue differential equations are then reduced to an eigenvalue algebraic equation system using the finite element method. The natural boundary conditions of the plate problem including the free edge and free corner boundary conditions are also implemented in a simple and accurate manner. Various boundary conditions including simply supported, clamped and free boundary conditions are considered. Comparisons with existing numerical and analytical solutions show that the proposed mixed method can produce highly accurate results for the problems considered using a small number of Ritz terms and finite elements. The proposed mixed Ritz-FE formulation is also compared with the mixed FE-Ritz formulation which has been recently proposed by the present author and his co-author. It is found that the proposed mixed Ritz-FE formulation is more efficient than the mixed FE-Ritz formulation for free vibration analysis of rectangular plates with Levy-type boundary conditions.
In this paper an efficient and simple refined shear deformation theory is presented for the free vibration of Functionally Graded Plates Under Various Boundary Conditions. The theory accounts for a quadratic variation of the transverse shear strains across the thickness, and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The number of independent unknowns of present theory is four, as against five in other shear deformation theories. The plates are considered of the type having two opposite sides simply-supported, and the two other sides having combinations of simply-supported, clamped, and free boundary conditions. The mechanical properties of functionally graded material are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Equations of motion are derived using Hamilton's principle. The results of this theory are compared with those of other shear deformation theories. Various numerical results including the effect of boundary conditions, power-law index, plate aspect ratio, and side-to-thickness ratio on the free vibration of FGM plates are presented.
The so-called boundary node method (or NDIF method) that was developed by the authors has been extended for free vibration analysis of arbitrarily shaped plates with free edges. Since the proposed method is based on the collocation method, no integration procedure is needed on boundary edges of the plates and only a small amount of numerical calculation is required. A special coordinate transformation has been devised to consider the complicated free boundary conditions at boundary nodes. By the use of the special coordinate transformation, the radius of curvature involved in the free boundary conditions can be successfully dealt with. Finally, verification examples show that natural frequencies obtained by the present method agree well with those given by exact method and other analytical methods.
In this work, transient heat transfer analysis of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced nanocomposite (CNTRC) cylinders with various essential and natural boundary conditions is investigated by a mesh-free method. The cylinders are subjected to thermal flux, convection environments and constant temperature faces. The material properties of the nanocomposite are estimated by an extended micro mechanical model in volume fraction form. The distribution of carbon nanotube (CNT) has a linear variation along the radial direction of axisymmetric cylinder. In the mesh-free analysis, moving least squares shape functions are used for approximation of temperature field in the weak form of heat transform equation and the transformation method is used for the imposition of essential boundary conditions. Newmark method is applied for solution time depended problem. The effects of CNT distribution pattern and volume fraction, cylinder thickness and boundary conditions are investigated on the transient temperature field of the nanocomposite cylinders.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.359-364
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1998
The effects of boundary conditions on natural frequencies for the ring stiffened composite cylindrical shells are investigated by theoretical method. The Love's thin shell theory and the discrete stiffener theory with beam functions in the Ritz procedure are used to derive the frequency equation. Five different boundary conditions such as clamped-clamped, simply supported-simply supported, free-free, clamped-free, clamped-simply supported are considered in this study. Also, the experimental investigation is presented to validate the theoretical results.
The axisymmetric free vibrations of transversely isotropic magnetoelectroelastic laminated circular plates are studied. Based on the three-dimensional governing equations of magnetoelectroelastic medium, the state space equations of laminated circular plates are obtained. By using the finite Hankel transform and rendering the free terms left by the transform in terms of the boundary quantities, the solutions of the state space equations are given for two kinds of boundary conditions. The frequency equations of the free vibration are derived using the propagator matrix method and the boundary conditions at top and bottom surfaces. By virtue of the inverse Hankel transform, the mode shapes are also determined. Since the solutions strictly satisfy the governing equations in the region and the boundary conditions at the edges, they are the three-dimensionally exact. Finally, the natural frequencies of such plates are tabulated and compared with those of the piezoelectric and elastic plates in the numerical example.
작은 파 기울기(Ak=0.01)를 갖는 Stokes 파/평판의 경계층 및 반류에 대하여 엄밀 및 근사 자유표변 경계조건을 적용하여 Navier-Stokes 식을 수치해석하였다. 거시유동에서는 외부 흐름 압력 변화가 유선방향의 속도 성분을 가속 혹은 감속시키며 교차 유동의 방향 변화를 야기시킨다. 특히 반류는 역(逆)압력기울기 영역에서보다 순(順)압력기울기 영역에서 그 반응이 크며 정수 중에서의 값을 평균치로 하지 않고 편향되는 반류 편향 특성을 갖는다. 미시유동에서는 자유표면 경계조건이 경계층 및 근접/중간 반류영역에서 큰 영향을 미친다. 차수크기 추정은 계산 결과와 잘 일치하였으며 근사 자유표변 경계조건은 상당한 오차를 유발시킴을 알 수 있다.
The objective of this work is to investigate the possibility of using the longitudinal strain on the surface of a pipe to determine the inception of dangerous free spanning. The long term objective is to develop an online monitoring technique to detect the development of dangerous free spanning in subsea pipelines. This work involves experimental study as well as finite element modeling. In the experiments, the strains at four points on a cross section of a pipeline inside the free span zone are measured. Pipes with different boundary conditions and different diameter to length ratios were tested. The pipe is treated as a simple beam with fixed-fixed or simply supported boundary conditions. The variation of the strains as a function of the diameter to length ratio gives a pointer to the inception of dangerous free spanning. The finite element results agree qualitatively with the experiments. The quantitative discrepancy is a result of the difficulty to replicate the exact boundary conditions that is used by the finite element program.
An analytical and numerical examination of second-order fractional-step methods and boundary condition for the incompressible Navier-Stokes equations is presented. In this study, the compatibility condition for pressure Poisson equation and its boundary conditions, stability, and numerical accuracy of canonical fractional-step methods has been investigated. It has been found that satisfaction of compatibility condition depends on tentative velocity and pressure boundary condition, and that the compatible boundary conditions for type D method and approximately compatible boundary conditions for type P method are proper for divergence-free velocity for type D and approximately divergence-free for type P method. Instability of canonical fractional-step methods is induced by approximation of implicit viscous term with explicit terms, and the stability criteria have been founded with simple model problems and numerical experiments of cavity flow and Taylor vortex flow. The numerical accuracy of canonical fractional-step methods with its consistent boundary conditions shows second-order accuracy except $D_{MM}$ condition, which make approximately first-order accuracy due to weak coupling of boundary conditions.
In this paper, we conducted a cause analysis on boundary artifacts in image deconvolution. Results of the cause analysis show that boundary artifacts are caused not only by a misuse of boundary conditions but also by no use of the normalized backprojection. Results also showed that the correct use of boundary conditions does not necessarily remove boundary artifacts. Based on these observations, we suggest not to use any specific boundary conditions and to use the normalized backprojector for boundary artifact-free image deconvolution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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