Mahmoud, Fatin F.;El-Shafei, Ahmed G.;Attia, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.1
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pp.27-44
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2013
A finite element computational procedure for the accurate analysis of quasistatic thermorheological complex structures response is developed. The geometrical nonlinearity, arising from large displacements and rotations (but small strains), is accounted for by the total Lagrangian description of motion. The Schapery's nonlinear single-integral viscoelastic constitutive model is modified for a time-stress-temperature-dependent behavior. The nonlinear thermo-viscoelastic constitutive equations are incrementalized leading to a recursive relationship and thereby the resulting finite element equations necessitate data storage from the previous time step only, and not the entire deformation history. The Newton-Raphson iterative scheme is employed to obtain a converged solution for the non-linear finite element equations. The developed numerical model is verified with the previously published works and a good agreement with them is found. The applicability of the developed model is demonstrated by analyzing two examples with different thermal/mechanical loading histories.
Ghadiri Rad, Mohammad Hossein;Shahabian, Farzad;Hosseini, Seyed Mahmoud
Steel and Composite Structures
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v.32
no.3
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pp.293-304
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2019
In the present paper, the element free Galerkin (EFG) method is developed for geometrically nonlinear analysis of deep beams considering small scale effect. To interpret the behavior of structure at the nano scale, the higher-order gradient elasticity nonlocal theory is taken into account. The radial point interpolation method with high order of continuity is used to construct the shape functions. The nonlinear equation of motion is derived using the principle of the minimization of total potential energy based on total Lagrangian approach. The Newmark method with the small time steps is used to solve the time dependent equations. At each time step, the iterative Newton-Raphson technique is applied to minimize the residential forces caused by the nonlinearity of the equations. The effects of nonlocal parameter and aspect ratio on stiffness and dynamic parameters are discussed by numerical examples. This paper furnishes a ground to develop the EFG method for large deformation analysis of structures considering small scale effects.
The establishment of a hysteretic model which can accurately predict the hysteretic characteristics of the stud connection is of utmost importance for the seismic assessment of composite structures. In this paper, the Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN) model was adopted to describe the typical hysteretic characteristics of stud connections. Meanwhile, the Newton-Raphson iterative procedure and the Backward Euler method were used to determine the restoring force, and the Genetic Algorithm was employed to identify the parameters of the BWBN model based on the experimental data consisting of eight specimens. The accuracy of the identified parameters was demonstrated by comparison with the experimental data. Finally, prediction equations for the BWBN model parameters were developed in terms of the physical parameters of stud connections, which provides an approach to get the hysteretic response of stud connections conveniently.
Nazira Mohamed;Salwa A. Mohamed;Alaa A. Abdelrhmaan;Mohamed A. Eltaher
Steel and Composite Structures
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v.46
no.6
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pp.759-772
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2023
This manuscript presents a comprehensive mathematical model to investigate buckling stability and postbuckling response of bio-inspired composite beams with helicoidal orientations. The higher order shear deformation theory as well as the Timoshenko beam theories are exploited to include the shear influence. The equilibrium nonlinear integro-differential equations of helicoidal composite beams are derived in detail using the energy conservation principle. Differential integral quadrature method (DIQM) is employed to discretize the nonlinear system of differential equations and solve them via the Newton iterative method then obtain the response of helicoidal composite beam. Numerical calculations are carried out to check the validity of the present solution methodology and to quantify the effects of helicoidal rotation angle, elastic foundation constants, beam theories, geometric and material properties on buckling, postbuckling of bio-inspired helicoidal composite beams. The developed model can be employed in design and analysis of curved helicoidal composite beam used in aerospace and naval structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.6
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pp.3448-3454
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2014
Generally existing structure analysis was applied to elastic analysis basically in practice. Considering the nonlinear material and the nonlinear geometric to be a more precise analysis, for this reason, The necessity for a structual analysis have been constantly required. Therefore, after optimization is performed, designed a simple model which is applied the principle of nonlinear in this study, a structural analysis of existing experienced users, have a aims at presenting theory and a method in order to perform anyone the analysis easily. In this study, the proposed model applied to die ribs, Regarding the shear load, less strain and stress was generated but strength was sufficient. The initial strain and stress was reconfigured to fit the size and shape, A hyperstudy in conjunction with Abaqus with nonlinear structural analysis, revealed an acceptable maximum and minimum range of stress and under the conditions of minimum strain, the plate made with a constant increment. In the experimental models, the plate thickness was given a power of 40 Newton, according to the thickness of the press die through an iterative process. When the stress and strain was applied to the die thickness, 7-8mm thickness could be obtained by optimizing.
A method for dynamic analysis and design calculation of a Powertrain Mounting System(PMS) including Hydraulic Engine Mounts(HEM) is developed with the aim of controlling powertrain motion and reducing low-frequency vibration in pitch and bounce modes. Here the pitch mode of the powertrain is defined as the mode rotating around the crankshaft of an engine for a transversely mounted powertrain. The powertrain is modeled as a rigid body connected to rigid ground by rubber mounts and/or HEMs. A mount is simplified as a three-dimensional spring with damping elements in its Local Coordinate System(LCS). The relation between force and displacement of each mount in its LCS is usually nonlinear and is simplified as piecewise linear in five ranges in this paper. An equation for estimating displacements of the powertrain center of gravity(C.G.) under static or quasi-static load is developed using Newton's second law, and an iterative algorithm is presented to calculate the displacements. Also an equation for analyzing the dynamic response of the powertrain under ground and engine shake excitations is derived using Newton's second law. Formulae for calculating reaction forces and displacements at each mount are presented. A generic PMS with four rubber mounts or two rubber mounts and two HEMs are used to validate the dynamic analysis and design calculation methods. Calculated displacements of the powertrain C.G. under static or quasi-static loads show that a powertrain motion can meet the displacement limits by properly selecting the stiffness and coordinates of the tuning points of each mount in its LCS using the calculation methods developed in this paper. Simulation results of the dynamic responses of a powertrain C.G. and the reaction forces at mounts demonstrate that resonance peaks can be reduced effectively with HEMs designed on the basis of the proposed methods.
Park, Kook-Jin;Kang, Hee-Jin;Shin, Sangjoon;Choi, Ik-Hyun;Kim, Minki;Kim, Seung-Jo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.11
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pp.927-936
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2014
This paper presents development and verification of the progressive failure analysis upon the composite laminates. Strength and stiffness of the fiber-reinforced composite are analyzed by property degradation approach with emphasis on the material nonlinearity and continuum damage mechanics (CDM). Longitudinal and transverse tensile modes derived from Hashin's failure criterion are used to predict the thresholds for damage initiation and growth. The modified Newton-Raphson iterative procedure is implemented for determining nonlinear elastic and viscoelastic constitutive relations. Laminar properties of the composite are obtained by experiments. Prediction on the un-notched tensile (UNT) specimen is performed under the laminate level. Stress-strain curves and strength results are compared with the experimental measurement. It is concluded that the present nonlinear CDM approach is capable of predicting the strength and stiffness more accurately than the corresponding linear CDM one does.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.1
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pp.24-33
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1999
For performance prediction and diagnostics of gas turbine engines, linear and non-linear gas path analysis are applied. In order to find optimal instrument parameters to detect the physical faults such as (outing, erosion and corrosion, non-linear gas path analysis is used. A typical industrial gas turbine engine, TB5000, is used to study the effect of physical faults on engine performance. Through comparison of RMS error between linear and non-linear gas path analysis, the optimal instrument parameters can be defined. As a result, it is found that the linear GPA has the level of error introduced by the assumption of the linear mode: can be of the same order of magnitude as the fault being soughtwhile the non-linear GPA can be solved the non-linear relationships between dependent and independent parameters using an iterative method such as the Newton-Raphson method with sufficient accuracy.
Emerging issues related with fully coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) behavior of unsaturated soil demand the development of a numerical tool in diverse geo-mechanical and geo-environmental areas. This paper presents general governing equations for coupled THM processes in unsaturated porous media. Coupled partial differential equations are derived from three mass balances equations (solid, water, and air), energy balance equation, and force equilibrium equation. With Galerkin formulation and time integration of these governing equations, finite element code is developed to find nonlinear solution of four main variables (displacement-u, gas pressure-$P_g$), liquid pressure-$P_1$), and temperature-T) using Newton's iterative scheme. Three cases of numerical simulations are conducted and discussed: one-dimensional drainage experiments (u-$P_g-P_1$), thermal consolidation (u-$P_1$-T), and effect of pile on surrounding soil due to surface temperature variation (u-$P_1$-T).
Kim, Dong-Gyu;Kim, Yong-Hee;Han, Jin-Woo;Song, Kyu-Ha;Kim, Hyoung-Nam
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38C
no.9
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pp.746-756
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2013
The emitter geolocation method using the time difference of arrival (TDOA) and the frequency difference of arrival (FDOA) has more accurate performance comparing to the single TDOA or FDOA based method. The estimation performance varies with the sensor paring strategies, the deployment and velocities of the sensors. Therefore, to establish effective strategy on the electronic warfare system, it is required to analyze the relation between the estimation accuracy and the operational condition of sensors. However, in the conventional non-iterative method, the restriction of the deployment of sensors and the reference sensor exists. Therefore, we derive the emitter geolocation method based on a Gauss-Newton method which is available to apply to any various sensor pairs and the deployment and velocities of the sensors. In addition, simulation results are included to compare the performance of geolocation method according to the used measurements: the combined TDOA/FDOA, TDOA, and FDOA. Also, we present that the combined TDOA/FDOA method outperforms over single TDOA or FDOA on the estimation accuracy with the CEP plane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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