A semi -analytical solution is derived to solve the elastic-plastic behavior of the axisymmetric tunnels in Drucker-Prager medium. Based on this analytical solution, a computer program FDAXP. is developed. Parametric studies are carried out to verify the FDAXP program, and the results were found to be satisfactory. This simple solution could be incorporated into the preliminary design, analysis of deep underground tunnel as well as tunnels with unfavourable geotechnical conditions. The program provided a useful means of checking the Drucker-Eraser model and iris associated computational algorithms in other tunnel programs.
Many materials in engineering exhibit different modulus in tension and compression, which are known as bi-modulus materials. Based on the bi-modulus elastic theory, a modified semi-analytical model, by introducing a stress function, is established in this paper to study the mechanical response of a bi-modulus cylinder placed in an axisymmetric temperature field. Meanwhile, a numerical procedure to calculate the temperature stresses in bi-modulus structures is developed. It is proved that the bi-modulus solution can be degenerated to the classical same modulus solution, and is in great accordance with the solutions calculated by the semi-analytical model proposed by Kamiya (1977) and the numerical solutions calculated both by the procedure complied in this paper and by the finite element software ABAQUS, which demonstrates that the semi-analytical model and the numerical procedure are accurate and reliable. The result shows that the modified semi-analytical model simplifies the calculation process and improves the speed of computation. And the numerical procedure simplifies the modeling process and can be extended to study the stress field of bi-modulus structures with complex geometry and boundary conditions. Besides, the necessity to introduce the bi-modulus theory is discussed and some suggestions for the qualitative analysis and the quantitative calculation of such structure are proposed.
In this paper, a new semi-analytical solution for estimating the pull-in parameters of electrically actuated functionally graded (FG) nanobeams is proposed. All the bulk and surface material properties of the FG nanoactuator vary continuously in thickness direction according to power law distribution. Here, the modified couple stress theory (MCST) and Gurtin-Murdoch surface elasticity theory (SET) are jointly employed to capture the size effects of the nanoscale beam in the context of Euler-Bernoulli beam theory. According to the MCST and SET and accounting for the mid-plane stretching, axial residual stress, electrostatic actuation, fringing field, and dispersion (Casimir or/and van der Waals) forces, the nonlinear nonclassical equation of motion and boundary conditions are obtained derived using Hamilton principle. The proposed semi-analytical solution is derived by employing Galerkin method in conjunction with the Particle Swarm Optimization (PSO) method. The proposed solution approach is validated with the available literature. The freestanding behavior of nanoactuators is also investigated. A parametric study is conducted to illustrate the effects of different material and geometrical parameters on the pull-in response of cantilever and doubly-clamped FG nanoactuators. This model and proposed solution are helpful especially in mechanical design of micro/nanoactuators made of FGMs.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.3
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pp.83-91
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2018
In this study, we investigated the dynamic stability of the system and the semi-analytical solution of the shallow arch. The governing equation for the primary symmetric mode of the arch under external load was derived and expressed simply by using parameters. The semi-analytical solution of the equation was obtained using the Taylor series and the stability of the system for the constant load was analyzed. As a result, we can classify equilibrium points by root of equilibrium equation, and classified stable, asymptotical stable and unstable resigns of equilibrium path. We observed stable points and attractors that appeared differently depending on the shape parameter h, and we can see the points where dynamic buckling occurs. Dynamic buckling of arches with initial condition did not occur in low shape parameter, and sensitive range of critical boundary was observed in low damping constants.
A composite breakwater with an upper horizontal porous plate and a lower rubble mound is proposed and studied in this work. By means of matched eigenfunction expansions, a semi-analytical solution is developed for analyzing the hydrodynamic performance of the breakwater. The semi-analytical solution is verified by known solutions for special cases and an independently developed multi-domain boundary element method solution. Numerical examples are given to examine the reflection, transmission and energy loss coefficients of the breakwater and the wave force acting on the horizontal porous plate. Some useful results are presented for engineering applications.
Shin, Seung Ho;Gug, Seung Gi;Yeom, Won Gi;Lee, Joong Woo
Journal of Korean Port Research
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v.5
no.1
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pp.71-81
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1991
This study deals with the analytical and numerical solution for the combined wave reflection and diffraction near the impermeable rigid upright breakwater, subject to the excitation of a plane simple harmonic wave coming from infinity. Three cases are presented : a) the analytical solution near a thin semi-infinite breakwater, b) the analytical solution near the semi-infinite breakwaters of arbitrary edge angles, $30^{\circ},\;45^{\circ},\;and\;90^{\circ}$, c) the numerical solution near a detached thin breakwater the results are presented in amplification factor and wave height diagrams. Moreover, the amplification factors near the structure(2 wavelength before and behind the structure) are compared for the given cases. A finite difference technique for the numerical solution was applied to the integral equation obtained for the wave potential.
In this work, we compare the analytical solutions with the numerical solutions for photothermal interactions in semiconductor medium containing cylindrical cavity. This paper is devoted to a study of the photothermal interactions in semiconductor medium in the context of the coupled photo-thermal model. The basic equations are formulated in the domain of Laplace transform and the eigenvalue scheme are used to get the analytical solutions. The numerical solution is obtained by using the implicit finite difference method (IFDM). A comparison between the analytical solution and the numerical solutions are obtained. It is found that the implicit finite difference method (IFDM) is applicable, simple and efficient for such problems.
In this paper, it has been tried to propose a new semi analytical approach for solving nonlinear vibration of conservative systems. Hamiltonian approach is presented and applied to high nonlinear vibration systems. Hamiltonian approach leads us to high accurate solution using only one iteration. The method doesn't need any small perturbation and sufficiently accurate to both linear and nonlinear problems in engineering. The results are compared with numerical solution using Runge-Kutta-algorithm. The procedure of numerical solution are presented in detail. Hamiltonian approach could be simply apply to other powerfully non-natural oscillations and it could be found widely feasible in engineering and science.
Attempts were made to analyze the behavior of single and multiple-bolted connections through theoretical methods such as European yield theory, empirical approaching method, and semi-rigid theory instead of many experimental methods that have been actually inefficient and non-economical. In the case of a single-bolted connection, if accurate characteristic values of a material could be guaranteed, it would be more convenient and economical to perform the behavior analysis using a model based on the semi-rigid theory, instead of the existing complex yield model, or the empirical formula which produces errors, giving different results from the actual ones. If the variables of equation determining the load and deformation could be appropriately controlled, the analytical method in conjunction with a semi-rigid theory could be effectively applied to obtain the desirably predicted value, considering that the appropriate solution could be derived through a simpler equation using a less difficult method compared to the existing yield model. It is concluded that analytical method with semi-rigid theory can be used in the behavior analysis of bolted connection because our developed method showed excellent analysis ability of behavior until number of bolt is two. Although our analytical method has the disadvantage that the number of bolt is limited to two, it is concluded that it has the advantage than numerical method which complicated and time-consuming.
Iqbal M. Batiha;Nashat Alamarat;Shameseddin Alshorm;O. Y. Ababneh;Shaher Momani
Nonlinear Functional Analysis and Applications
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v.28
no.2
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pp.449-471
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2023
In this paper, we study a linear system of homogeneous commensurate /incommensurate fractional-order differential equations by developing a new semi-analytical scheme. In particular, by decoupling the system into two fractional-order differential equations, so that the first equation of order (δ + γ), while the second equation depends on the solution for the first equation, we have solved the under consideration system, where 0 < δ, γ ≤ 1. With the help of using the Adomian decomposition method (ADM), we obtain the general solution. The efficiency of this method is verified by solving several numerical examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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