This paper investigates wave propagation in functionally graded carbon nano-reinforced composite (FG-CNTRC) plates under the influence of temperature based on Reddy' plate model. The material properties of Carbon Nanotubes (CNTs) are size-dependent, and the volume fraction of CNTs varies only along the thickness direction of the plate for different CNTs reinforcement modes. In addition, the material properties of CNTs can vary for different temperature parameters. By solving the eigenvalue problem, analytical dispersion relations can be derived for CNTRC plates. The partial differential equations for the system are derived from Lagrange's principle and higher order shear deformation theory is used to obtain the wave equations for the CNTRC plate. Numerical analyses show that the wave propagation properties in the CNTRC plate are related to the volume fraction parameters of the CNTRC plate and the distribution pattern of the CNTs in the polymer matrix. The effects of different volume fractions of CNTs and the distribution pattern of carbon nanotubes along the cross section (UD-O-X plate) are discussed in detail.
Arefi, Mohammad;Bidgoli, Elyas Mohammad-Rezaei;Zenkour, Ashraf M.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.27-40
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2018
The governing equations of motion are derived for analysis of a sandwich microbeam in this paper. The sandwich microbeam is including an elastic micro-core and two piezoelectric micro-face-sheets. The microbeam is subjected to transverse loads and two-dimensional electric potential. Higher-order sinusoidal shear deformation beam theory is used for description of displacement field. To account size dependency in governing equations of motion, strain gradient theory is used to mention higher-order stress and strains. An analytical approach for simply-supported sandwich microbeam with short-circuited electric potential is proposed. The numerical results indicate that various types of parameters such as foundation and material length scales have significant effects on the free vibration responses and dynamic results. Investigation on the influence of material length scales indicates that increase of both dimensionless material length scale parameters leads to significant changes of vibration and dynamic responses of microbeam.
Earthquake resilience of substations is essential for reliable and sustainable service of electrical grids. The majority of substation equipment consists of cylindrical porcelain components, which are vulnerable to earthquake shakings due to the brittleness of porcelain material. Failure of porcelain equipment has been repeatedly observed in recent earthquakes. Hence, proper seismic modelling of porcelain equipment is important for various limit state checks in both product manufacturing stage and detailed substation design stage. Sheds on porcelain core and cemented joint between porcelain component and metal cap have significant effects on the dynamic properties of the equipment, however, such effects have not been adequately parameterized in existing design guidelines. This paper addresses this critical issue by developing a method for taking these two effects into account in seismic modelling based on numerical and analytical approaches. Equations for estimating the effects of sheds and cemented joint on flexural stiffness are derived, respectively, by regression analyses based on the results of 12 pieces of full-scale equipment in 500kV class or higher. The proposed modelling technique has further been validated by shaking table tests.
In this article the seismic demand and performance of two recent braced steel frames named steel moment frames with the elliptic bracing (ELBRFs) are assessed through a laboratory program and numerical analyses of FEM. Here, one of the specimens is without connecting bracket from the corner of the frame to the elliptic brace (ELBRF-E), while the other is with the connecting brackets (ELBRF-B). In both the elliptic braced moment resisting frames (ELBRFs), in addition to not having any opening space problem in the bracing systems when installed in the surrounding frames, they improve structure's behavior. The experimental test is run on ½ scale single-story single-bay ELBRF specimens under cyclic quasi-static loading and compared with X-bracing and SMRF systems in one story base model. This system is of appropriate stiffness and a high ductility, with an increased response modification factor. Moreover, its energy dissipation is high. In the ELBRF bracing systems, there exists a great interval between relative deformation at the yield point and maximum relative deformation after entering the plastic region. In other words, the distance from the first plastic hinge to the collapse of the structure is fairly large. The experimental outcomes here, are in good agreement with the theoretical predictions.
The paper studies the fluid flow profile contained between the orthotropic plate and rigid wall under the action of the moving load on the plate and main attention is focused on the fluid velocity profile in the load moving direction. It is assumed that the plate material is orthotropic one and the fluid is viscous and barotropic compressible. The plane-strain state in the plate and the plane flow of the fluid is considered. The motion of the plate is described by utilizing the exact equations of elastodynamics for anisotropic bodies, however, the flow of the fluid by utilizing the linearized Navier-Stokes equations. For the solution of the corresponding boundary value problem, the moving coordinate system associated with the moving load is introduced, after which the exponential Fourier transformation is employed with respect to the coordinate which indicates the distance of the material points from the moving load. The exact analytical expressions for the Fourier transforms of the sought values are obtained, the originals of which are determined numerically. Presented numerical results and their analyses are focused on the question of how the moving load acting on the face plane of the plate which is not in the contact with the fluid can cause the fluid flow and what type profile has this flow along the thickness direction of the strip filled by the fluid and, finally, how this profile changes ahead and behind with the distance of the moving load.
As the regulations on greenhouse gas emissions at sea become strict, efforts are being made to minimize environmental pollutants emitted from fossil fuels used by ships. Considering the large sizes of ships in conjunction with securing stable supplies of environment-friendly energy, interest in nuclear energy to power ships has been increasing. In this study, the neutron irradiation that occurs during the nuclear reactor operation and its effect on the structural responses of the stiffened-plate structures are investigated. This is done by changing the material properties of DH36 steel according to the research findings on the neutron-irradiated steels and then performing the structural response analyses of the structures using analytical and finite-element numerical solutions. Results reveal the influence of neutron irradiation on the structural responses of the structures. It is shown that both the strength and stiffness of the structures are affected by the neutron-irradiation phenomenon as their maximum flexural stress and deflection are increased with the increase in the amount of neutron irradiation. This implies that strength and stiffness need to be considered in the design of ships equipped with marine nuclear reactors.
In this paper, the airflow around an ideal thin plate (hereafter referred to as ITP) with various ratios of central slot is simulated by using the finite-difference-method (FDM)-based Arbitrary-Lagrangian-Eulerian descriptions for the rigid oscillating body. The numerical procedure employs the second-order projection scheme to decouple the governing equations, and the multigrid algorithm with three levels to improve the computational efficiency in evaluating of the pressure equation. The present CFD method is validated through comparing the computed flutter derivatives of the ITP without slot to Theodorsen analytical solutions. Then, the unsteady aerodynamics of the ITP with and without central slot is investigated. It is found that even a smaller ratio of central slot of the ITP has notable effects on pressure distributions of the downstream section, and the pressure distributions on the downstream section will further be significantly affected by the slot ratio and the reduced wind speeds. Continuous increase of $A_2^*$ with the increase of central slot may be the key feature of the slotted ITP. Finally, flutter analyses based on the flutter derivatives of the slotted ITP are performed, and moreover, flutter instabilities of a scaled sectional model of a twin-deck bridge with various ratios of deck slot are investigated. The results confirm that the central slot is effective to improve bridge flutter stabilities, and that the flutter critical wind speeds increase with the increase of slot ratio.
The present paper studies the influence of the inhomogeneous initial stresses in the bi-layered hollow cylinder and it is assumed that these stresses are caused by the hydrostatic pressures acting on the interior and outer free surfaces of the cylinder. The study is made by utilizing the version of the three-dimensional linearized theory of elastic waves in bodies with initial stresses for which the initial stress-strain state in bodies is determined within the scope of the classical linear theory of elasticity. For the solution to the corresponding eigenvalue problem, the discrete-analytical method is employed. Numerical results are presented and analyzed for concrete selected pairs of materials. According to these results and their analyses, it is established that, unlike homogeneous initial stresses, the influence of the inhomogeneous initial stresses on the torsional wave dispersion has not only quantitative but also qualitative character. For instance, in particular, it is established that as a result of the initial stresses caused by the hydrostatic pressure acting in the interior free surface of the cylinder, the cut-off frequency appears for the fundamental dispersive mode and the values of this frequency increase with the intensity of this pressure.
Present disquisition proposes an analytical solution method for exploring the buckling characteristics of porous magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) plates with various boundary conditions for the first time. Magneto electro mechanical properties of FGM plate are supposed to change through the thickness direction of plate. The rule of power-law is modified to consider influence of porosity according to two types of distribution namely even and uneven. Pores possibly occur inside FGMs due the result of technical problems that lead to creation of micro-voids in these materials. The variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties. Four-variable tangential-exponential refined theory is employed to derive the governing equations and boundary conditions of porous FGM plate under magneto-electrical field via Hamilton's principle. An analytical solution procedure is exploited to achieve the non-dimensional buckling load of porous FG plate exposed to magneto-electrical field with various boundary condition. A parametric study is led to assess the efficacy of material graduation exponent, coefficient of porosity, porosity distribution, magnetic potential, electric voltage, boundary conditions, aspect ratio and side-to-thickness ratio on the non-dimensional buckling load of the plate made of magneto electro elastic FG materials with porosities. It is concluded that these parameters play remarkable roles on the dynamic behavior of porous MEE-FG plates. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of MEE-FG plates with porosity phases.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.45
no.8
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pp.75-81
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2008
The authors present a more accurate analysis of the bit error rate (BER) performance for multicode code division multiple access (CDMA) systems equipped with a multipath interference canceler (MPIC) over multipath fading channels. At first, we consider the problem of previous researches. It is that the previous analyses do not match with simulations even in the case without MPIC. This mismatch also causes the difference between the analysis and simulations when an MPIC is applied. Therefore, what is needed is to verify the reason of this mismatch at the initial stage. Numerical results obtained from the proposed analytical method indicate that the performance mismatch between the previous analysis and simulations is caused by not fie Gaussian approximation which is generally used at the performance analysis of CDMA systems but the additional Gaussian approximation (AGA) for multipath interferences. Based on this effect, we propose a more accurate performance analysis not using AGA and its accuracy is verified by simulations. Furthermore, it is confirmed that the proposed analysis presents an analytical lower bound which can be achieved by MPIC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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