In this paper we consider the evolution of the rolling stone with a rotationally symmetric nonconvex compact initial surface ${\Sigma}_0$ under the Gauss curvature flow. Let $X:S^n{\times}[0,\;{\infty}){\rightarrow}\mathbb{R}^{n+1}$ be the embeddings of the sphere in $\mathbb{R}^{n+1}$ such that $\Sigma(t)=X(S^n,t)$ is the surface at time t and ${\Sigma}(0)={\Sigma}_0$. As a consequence the parabolic equation describing the motion of the hypersurface becomes degenerate on the interface separating the nonconvex part from the strictly convex side, since one of the curvature will be zero on the interface. By expressing the strictly convex part of the surface near the interface as a graph of a function $z=f(r,t)$ and the non-convex part of the surface near the interface as a graph of a function $z={\varphi}(r)$, we show that if at time $t=0$, $g=\frac{1}{n}f^{n-1}_{r}$ vanishes linearly at the interface, the $g(r,t)$ will become smooth up to the interface for long time before focusing.
Chicoine, Thierry;Tremblay, Robert;Massicotte, Bruno
Steel and Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.171-194
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2002
In this paper, the behaviour of axially loaded partially encased composite columns made with light welded H steel shapes is examined using ABAQUS finite element modelling. The results of the numerical simulations are compared to the response observed in previous experimental studies on that column system. The steel shape of the specimens has transverse links attached to the flanges to improve its local buckling capacity and concrete is poured between the flanges only. The test specimens included 14 stubcolumns with a square cross section ranging from 300 mm to 600 mm in depth. The transverse link spacing varied from 0.5 to 1 times the depth and the width-to-thickness ratio of the flanges ranged from 23 to 35. The numerical model accounted for nonlinear stress-strain behaviour of materials, residual stresses in the steel shape, initial local imperfections of the flanges, and allowed for large rotations in the solution. A Riks displacement controlled strategy was used to carry out the analysis. Plastic analyses on the composite models reproduced accurately the capacity of the specimens, the failure mode, the axial strain at peak load, the transverse stresses in the web, and the axial stresses in the transverse links. The influence of applying a typical construction loading sequence could also be reproduced numerically. A design equation is proposed to determine the axial capacity of this type of column.
In this paper, the electromagnetic damper (EMD), which is composed of a permanent-magnet rotary DC motor, a ball screw and a nut, is considered to be analyzed as a semi-active damper. The main objective pursued in the paper is to study the two degrees of freedom (DOF) model of the semi-active electromagnetic suspension system (SAEMSS) performance and energy regeneration controlled by on-off and continuous damping control strategies. The nonlinear equations of the SAEMSS must therefore be extracted. The effects of the EMD characteristics on ride comfort, handling performance and road holding for the passive electromagnetic suspension system (PEMSS) are first analyzed and damping control strategies effects on the SAEMSS performance and energy regeneration are investigated next. The results obtained from the simulation show that the SAEMSS provides better performance and more energy regeneration than the PEMSS. Moreover, the results reveal that the on-off hybrid control strategy leads to better performance in comparison with the continuous skyhook control strategy, however, the energy regeneration of the continuous skyhook control strategy is more than that of the on-off hybrid control strategy (except for on-off skyhook control strategy).
In this paper the unsteady fluid-structure interaction (FSI) problems with large structural displacement are solved by partitioned solution approaches in the arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element framework. The incompressible Navier-Stokes equations are solved by the characteristic-based split (CBS) scheme. Both a rigid body and a geometrically nonlinear solid are considered as the structural models. The latter is solved by Newton-Raphson procedure. The equation governing the structural motion is advanced by Newmark-${\beta}$ method in time. The dynamic mesh is updated by using moving submesh approach that cooperates with the ortho-semi-torsional spring analogy method. A mass source term (MST) is introduced into the CBS scheme to satisfy geometric conservation law. Three partitioned coupling strategies are developed to take FSI into account, involving the explicit, implicit and semi-implicit schemes. The semi-implicit scheme is a mixture of the explicit and implicit coupling schemes due to the fluid projection splitting. In this scheme MST is renewed for interfacial elements. Fixed-point algorithm with Aitken's ${\Delta}^2$ method is carried out to couple different solvers within the implicit and semi-implicit schemes. Flow-induced vibrations of a bridge deck and a flexible cantilever behind an obstacle are analyzed to test the performance of the proposed methods. The overall numerical results agree well with the existing data, demonstrating the validity and applicability of the present approaches.
The dynamic response of a Timoshenko beam on a tensionless Pasternak foundation is investigated by assuming that the beam is subjected to a concentrated harmonic load at its middle. This action results in the creation of lift-off regions between the beam and the foundation that effect the character of the response. Although small displacements for the beam and the foundation are assumed, the problem becomes nonlinear since the contact/lift-off regions are not known at the outset. The governing equations of the beam, which are coupled in deflection and rotation, are obtained in both the contact and lift-off regions. After removing the coupling, the essentials of the problem (the contact regions) are determined by using an analytical-numerical method. The results are presented in figures to demonstrate the effects of some parameters on the extent of the contact lengths and displacements. The results are also compared with those of Bernoulli-Euler, shear, and Rayleigh beams. It is observed that the solution is not unique; for a fixed value of the frequency parameter, more than one solution (contact length) exists. The contact length of the beam increases with the increase of the frequency and rotary-inertia parameters, whereas it decreases with increasing shear foundation parameter.
Applications of membrane mechanisms are widely found in nano-devices and nano-sensor technologies nowadays. An alternative approach for large deflection analysis of the orthotropic, elliptic membranes - subject to gravitational, uniform pressures often found in nano-sensors - is described in this paper. The material properties of membranes are assumed to be orthogonally isotropic and linearly elastic, while the principal directions of elasticity are parallel to the coordinate axes. Formulating the potential energy functional of the orthotropic, elliptic membranes involves the strain energy that is attributed to inplane stress resultant and the potential energy due to applied pressures. In the solution method, Rayleigh-Ritz method can be used successfully to minimize the resulting total potential energy generated. The set of equilibrium equations was solved subsequently by Newton-Raphson. The unparalleled model formulation capable of analyzing the large deflections of both circular and elliptic membranes is verified by making numerical comparisons with existing results of circular membranes as well as finite element solutions. The results are found in excellent agreements at all cases. Then, the parametric investigations are given to delineate the impacts of the aspect ratios and orthotropic elasticity on large static tensions and deformations of the orthotropic, elliptic membranes.
This paper presents a nonlinear finite element analysis (FEA) in order to investigate the flexural performance of one-way slabs strengthened by epoxy-bonded steel plates. Four point loading scheme is selectively chosen. A model is developed to implement the material constitutive relationships and non-linearity. Five Slabs were modeled in FEM software using ABAQUS. One slab was unstrengthened control slab and the others were strengthened with steel plates with varying the plate thickness and configuration. In order to verify the accuracy of the numerical model, a comparison was done between the experimental results available in the literature and the proposed equations by ACI 318-11 for the calculation of ultimate load capacities of strengthened slabs, the agreement has proven to be good and FEA attained accurate results compared with ACI code. A parametric study was also carried out to investigate the influence of thickness of steel plate, strength of epoxy layer and type of strengthening plate on the performance of plated slabs. Also, the practical and technical feasibility of splitting the steel plate in strengthening process has been taken into account. For practical use, the author recommended to use bonded steel plate as one unit rather than splitting it to parts, because this saves more effort and reduces the risk of execution errors as in the case of multiple bonded parts. Both techniques have nearly the same effect upon the performance of strengthened slabs.
A first endeavor is made to exploit the differential quadrature method (DQM) as a simple, accurate, and computationally efficient numerical tool for the large deformation analysis of thin laminated composite skew plates, which has very strong singularity at the obtuse vertex. The geometrical nonlinearity is modeled by using Green's strain and von Karman assumption. A recently developed DQ methodology is used to exactly implement the multiple boundary conditions at the edges of skew plates, which is a major draw back of conventional DQM. Using oblique coordinate system and the DQ methodology, a mapping-DQ discretization rule is developed to simultaneously transform and discretize the equilibrium equations and the related boundary conditions. The effects of skew angle, aspect ratio and different types of boundary conditions on the convergence and accuracy of the presented method are studied. Comparing the results with the available results from other numerical or analytical methods, it is shown that accurate results are obtained even when using only small number of grid points. Finally, numerical results for large deflection behavior of antisymmetric cross ply skew plates with different geometrical parameters and boundary conditions are presented.
As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. In this study, buckling of horizontal concrete columns reinforced with Zinc Oxide (ZnO) nanoparticles is analyzed. Due to the presence of ZnO nanoparticles which have piezoelectric properties, the structure is subjected to electric field for intelligent control. The Column is located in foundation with vertical springs and shear modulus constants. Sinusoidal shear deformation beam theory (SSDBT) is applied to model the structure mathematically. Micro-electro-mechanic model is utilized for obtaining the equivalent properties of system. Using the nonlinear stress-strain relation, energy method and Hamilton's principal, the motion equations are derived. The buckling load of the column is calculated by Difference quadrature method (DQM). The aim of this study is presenting a mathematical model to obtain the buckling load of structure as well as investigating the effect of nanotechnology and electric filed on the buckling behavior of structure. The results indicate that the negative external voltage applied to the structure, increases the stiffness and the buckling load of column. In addition, reinforcing the structure by ZnO nanoparticles, the buckling load of column is increased.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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