This investigation presents nonlinear free vibration of a carbon nanotube reinforced composite beam based on the Von Kármán nonlinearity and the Euler-Bernoulli beam theory The material properties of the structure is considered as made of a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different material distributions. The governing equations of the nonlinear vibration problem is delivered by using Hamilton's principle and the Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained with the effect of different patterns of reinforcement.
Employing the non-local strain gradient theory (NSGT), this paper investigates the nonlinear resonance characteristics of functionally graded material (FGM) nanoshells with initial geometric imperfection for the first time. The effective material properties of the porous FGM nanoshells with even distribution of porosities are estimated by a modified power-law model. With the guidance of Love's thin shell theory and considering initial geometric imperfection, the strain equations of the shells are obtained. In order to characterize the small-scale effect of the nanoshells, the nonlocal parameter and strain gradient parameter are introduced. Subsequently, the Euler-Lagrange principle was used to derive the motion equations. Considering three boundary conditions, the Galerkin principle combined with the modified Lindstedt Poincare (MLP) method are employed to discretize and solve the motion equations. Finally, the effects of initial geometric imperfection, functional gradient index, strain gradient parameters, non-local parameters and porosity volume fraction on the nonlinear resonance of the porous FGM nanoshells are examined.
In this paper, stability analysis of sandwich toroidal shell segments (TSSs) with carbon nanotube (CNT)-reinforced face sheets featuring various types of auxetic cores, surrounded by elastic foundations under radial pressure is presented. Two distinct types of auxetic structures are considered for the core, including re-entrant auxetic structure and graphene origami (GOri)-enabled auxetic structure. The nonlinear stability equilibrium equations of the longitudinally shallow shells are formulated using the von Karman shell theory, in conjunction with Stein and McElman approximation while considering Winkler-Pasternak's elastic foundation to simulate the interaction between the shell and elastic foundation. The Galerkin method is employed to derive the nonlinear stability responses of the shells. The numerical investigations show the influences of various types of auxetic-core layers, CNT-reinforced face sheets, as well as elastic foundation on the stability of sandwich shells.
This paper focuses on trigonometric porosity distribution to analyze its effect on the free vibration frequencies of porous orthotropic multi-layered composite plates. Three types of porosity distributions are considered. The governing equations of the free vibration response of porous orthotropic multi-layered composite plates are derived from the Hamilton's principle using higher-order shear deformation theory. The free vibration frequency relation of the problem is obtained by performing Galerkin's method. After the validation process of the relation under the available literature, a few parametric analyses are performed to observe the influence of shear deformation, porosity distribution, orthotropy, layer sequence, and different geometric properties on the frequencies.
Seismic response of two dimensional liquid tanks is numerically simulated using fully nonlinear velocity potential theory. Galerkin-weighted-residual based finite element method is used for solving the governing Laplace equation with fully nonlinear free surface boundary conditions and also for velocity recovery. Based on mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method, fourth order explicit Runge-Kutta scheme is used for time integration of free surface boundary conditions. A cubic-spline fitted regridding technique is used at every time step to eliminate possible numerical instabilities on account of Lagrangian node induced mesh distortion. An artificial surface damping term is used which mimics the viscosity induced damping and brings in numerical stability. Four earthquake motions have been suitably selected to study the effect of frequency content on the dynamic response of tank-liquid system. The nonlinear seismic response vis-a-vis linear response of rectangular liquid tank has been studied. The impulsive and convective components of hydrodynamic forces, e.g., base shear, overturning base moment and pressure distribution on tank-wall are quantified. It is observed that the convective response of tank-liquid system is very much sensitive to the frequency content of the ground motion. Such sensitivity is more pronounced in shallow tanks.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.2012-2018
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2004
The vibration of a semi-circular pipe conveying fluid is studied when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric nonlinearity, this study adopts the Lagrange strain theory for large deformation and the extensible dynamics based on the Euler-Bernoulli beam theory for slenderness assumption. By using the Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived for the in-plane motions of the pipe, considering the fluid inertia forces as a kind of non-conservative forces. The linear and non-linear terms in the governing equations are compared with those in the previous study, and some significant differences are discussed. To investigate the dynamic characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived from the Galerkin method. The natural frequencies varying with the flow velocity are computed from the two cases, which one is the linear problem and the other is the linearized problem in the neighborhood of the equilibrium position. Finally, the time responses at various flow velocities are directly computed by using the generalized-$\alpha$ method. From these results, we should consider the geometric nonlinearity to analyze dynamics of a semi-circular pipe conveying fluid more precisely.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.9
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pp.2304-2314
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1993
Natural convective flow and heat transfer in a two-dimensional square enclosure fitted with a horizontal partition are investigated numerically. The enclosure was composed of the lower hot and the upper cold horizontal walls and the adiabatic vertical walls, and a partition was situated perpendicularly at the one vertical insulated wall. The governing equations are solved by using the finite element method with Galerkin method. The computations were carried out with the variations of length, position and thermal conductivity of the partition, and Rayleigh number based on the temperature difference between two horizontal walls and the enclosure height with water(Pr=4.95). As the results, an oscillatory motion of natural convection is resulted in a sudden rise of overall heat transfer, but the increase of length of partition is significantly restrained the increase of Nusselt number. The maximum heat transfer was shown just before the transition of the direction of oscillating flow. An oscillatory motion of flow was perfectly shown the stability with the decrease of the length of partition and Rayleigh number. Also, the heat transfer was raised with the increase of the thermal conductivity in proportion to the increase of the length of partition. The stability and oscillation of flow are affected by the position of partition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.514-520
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2002
A new non-linear modelling of a straight pipe conveying fluid is presented for vibration analysis when the pipe is fixed at both ends. Using the Euler-Bernoulli beam theory and the non-linear Lagrange strain theory, from the extended Hamilton's principle are derived the coupled non-linear equations of motion for the longitudinal and transverse displacements. These equations of motion are discretized by using the Galerkin method. After the discretized equations are linearized in the neighbourhood of the equilibrium position, the natural frequencies are computed from the linearized equations. On the other hand, the time histories for the displacements are also obtained by applying the generalized-$\alpha$ time integration method to the non-linear discretized equations. The validity of the new modelling is provided by comparing results from the proposed non-linear equations with those from the equations proposed by Paidoussis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2467-2474
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1993
This paper deals with the cantilever subjected to a follower force which is generated by real rocket motor which has linearly decreasing thrust. The cantilever is assumed to be uniform and elastic one, In the theoretical analysis, the tip mass of rocket motor is considered as a rigid body and effects of its dynamic parameters are shown and compared with the experimental results. Particularly, the variation of the 2nd natural frequency due to the decreasing thrust is measured in the experiments and compared with the theoretical estimations. Approximate method is adopted in the theoretical analysis using Galerkin method by introducing 3-element modified operator and modified variable which represent eqation of motion and natural boundary conditions. In general, structural damping effects can be neglected and all the rigid body parameters must be taken into account in case of the short action time of the follower force and the relatively big tip mass like the system of this paper according to the experiment. Good agreement was obtained between the theoretical estimations and the experimental results by neglecting structural damping and considering all the rigid bidy parameters of the tip mass.
Stability of a cylindrical shell subject to a uniform axial compression, which is a power function of time, is examined within the framework of small strain elasto-plasticity. The material of the shell is incompressible and the effect of the elastic unloading is considered. Initially, employing the infinitesimal elastic-plastic deformation theory, the fundamental relations and Donnell type stability equations for a cylindrical shell have been obtained. Then, employing Galerkin's method, those equations have been reduced to a time dependent differential equation with variable coefficient. Finally, for two initial conditions applying a Ritz type variational method, the critical static and dynamic axial loads, the corresponding wave numbers and dynamic factor have been found. Using those results, the effects of the variations of loading parameters and the variations of power of time in the axial load expression as well as the variations of the radius to thickness ratio on the critical parameters of the shells for two initial conditions are also elucidated. Comparing results with those in the literature validates the present analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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