The present paper proposes a generalized modal analysis procedure for non-uniform, distributed-parameter rotor-bearing systems. An exact element matrix is derived for a Timoshenko shaft model which contains rotary inertia, shear deformation, gyroscopic effect and internal damping. Complex coordinates system is adopted for the convenience in formulation. A generalized orthogonality condition is provided to make the modal decomposition possible. The generalized modal analysis by using a modal decomposition delivers exact and closed form solutions both for frequency and time responses. Two numerical examples are presented for illustrating the proposed method. The numerical study proves that the proposed method is very efficient and useful for the analysis of distributed-parameter rotor-bearing systems.
Finite element analysis of welding processes, which entail phase evolution, heat transfer and deformation, is considered in this paper. Attention focuses on numerical implementation of the thermo-elastic-plastic constitutive equation proposed by Leblond et al in consideration of the transformation plasticity. Based upon the multiplicative decomposition of deformation gradient, hyperelastic formulation is employed for efficient numerical integration, and the algorithmic consistent moduli for elastic-plastic deformations including transformation plasticity are obtained in the closed form. The convergence behavior of the present implementation is demonstrated via a couple of numerical examples. Several locking phenomena removed by Solid-shell element.
In this paper, forming of fully clamped circular plate by using low velocity impact system has been investigated. This system consists of liquid shock tube and gravity drop hammer. A series of test on mild steel and aluminum alloy plates has been done. The effect of varying both impact load and the plate material on the deflection are described. This paper also presents a simple model to prediction of mid-point deflection of circular plate by using input-output experimental data. In this way, singular value decomposition (SVD) method is used in conjunction with dimensionless number incorporated in such complex process. The results of obtained model have very good agreement with experimental data and it provides a way of studying and understanding the plastic deformation of impact loads.
An implicit finite element implementation for Leblond's transformation plasticity constitutive equations, which are widely used in welded steel structure is proposed in the framework of parallel computing. The implementation is based upon the multiplicative decomposition of deformation gradient and hyper elastic formulation. We examine the efficiency of parallel computation for the finite element analysis of a welded structure using domain-wise multi-frontal solver.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.3
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pp.872-881
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1996
The concept of homology design has been devised for the application to large telescope structure by S.v.Hoerner. It is defined that the deformation of a structure shall be called homologous, if a given geometrical relation holds, for a given number of structural points, before, during, and after the deformation. Recently, the need of homology design in the structural design has been increase due to the required precision in the structure. Some researchers have utilized the theory on the structural design with finite element method in the late 1980s In the present investigation, a simple method using geometrical equality constraints is suggested to gain homologous deformation. The previous method is improved in that the decomposition of FEM eqation, which is very expensive, is not necessary. The basic formulations of the homology design with the optimization concept are described and several practical examples are solved to verify the usefulness and validity. Especially, a back-up structure of a satellite antenna is designed by the suggested method. The results are compared with those of existing researches.
Carbon nanotubes are due to their outstanding mechanical properties destined for a wide range of possible applications. Since the knowledge of the material behavior is vital regarding the possible applications, experimental and theoretical studies have been conducted to investigate the properties of this promising material. The aim of the present research is the calculation of mechanical properties and of the mechanical behavior of single wall carbon nanotubes (SWCNTs). The numerical simulation was performed on basis of a molecular mechanics approach. Within this approach two different issues were taken into account: (i) the nanotube geometry and (ii) the modeling of the covalent bond. The nanotube geometry is captured by two different approaches, the roll-up and the exact polyhedral model. The covalent bond is modeled by a structural molecular mechanics approach according to Li and Chou. After a short introduction in the applied modeling techniques, the results for the Young's modulus for several SWCNTs are presented and are discussed extensively. The obtained numerical results are compared to results available in literature and show an excellent agreement. Furthermore, deviations in the geometry stemming from the different models are given and the resulting differences in the numerical findings are shown. Within the investigation of the deformation mechanisms occurring in SWCNTs, the basic contributions of each individual covalent bond are considered. The presented results of this decomposition provide a deeper understanding of the governing deformation mechanisms in SWCNTs.
In the present study, unsteady flow simulations of a variable geometry nozzle were conducted using a two-dimensional flow solver based on hybrid unstructured meshes. The variable geometry nozzle is used to achieve efficient performances of aircraft engines at various operating conditions. To describe the motion of the variable geometry nozzle, an algebraic method based on the basis decomposition of normal edge vector was used for the deformation of viscous elements. A ball-vertex spring analogy was used for inviscid elements. The aerodynamic data were obtained for a range of nozzle pressure ratios, and the validations were made by comparing the present results with available experimental data. The unsteady nozzle flows were simulated with an oscillating diverging section and a converging-diverging section. It was found that the nozzle performances are influenced by the nozzle exit flow characteristics, mass flow rate, as well as unsteady effects. These unsteady effects are shown to behave differently depending on the frequency of the nozzle motion.
Intraocular pressure is measured after a cornea air puff by observing biomechanical properties such as thickness or displacement of the cornea. In this paper, we deal with a frequency domain analysis of corneal deformation in the air puff tonometry that is used to diagnose glaucoma or lasik. We distinguish the patient from the normal by measuring the oscillation frequency in the neighborhood of the central cornea section. A binary image was obtained from the video images, and cornea vertical oscillation profile was extracted from the difference between the vertical displacement data and the curve fitting. In terms of Fourier transform, a vibration frequency of 479.2Hz for the patient was obtained as well as more higher 702.8Hz for the normal due to stiffness. Hilbert-Huang transform's empirical mode decomposition generally describes local, nonlinear, and nonstationary data. After the data were decomposed into intrinsic mode functions, a spectrum and power were analysed. Finally, we confirm that the patient has 6 times more higher power ratio for the specific intrinsic mode function between the patient and the normal.
This paper proposes a new approach utilizing empirical mode decomposition (EMD) reconstruction to process vibration signals of a transformer under DC bias caused by high voltage direction transmission (HVDC), which is the potential cause of additional vibration and noise from transformer. Firstly, the Calculation Method is presented and a 3D model of transformer is simulated to analyze transformer deformation characteristic and the result indicate the main vibration is produced along axial direction of three core limbs. Vibration test system has been built and test points on the core and shell of transformer have been measured. Then, the signal reconstruction method for transformer vibration based on EMD is proposed. Through the EMD decomposition, the corrupted noise can be selectively reconstructed by the certain frequency IMFs and better vibration signals of transformer have been obtained. After EMD reconstruction, the vibrations are compared between transformer in normal work and with DC bias. When DC bias occurs, odd harmonics, vibration of core and shell, behave as a nonlinear increase and the even harmonics keep unchanged with DC current. Experiment results are provided to collaborate our theoretical analysis and to illustrate the effectiveness of the proposed EMD method.
In this research, an effective computational technique is carried out for nonlinear and post-buckling analyses of cracked imperfect composite plates. The laminated plates are assumed to be moderately thick so that the analysis can be carried out based on the first-order shear deformation theory. Geometric non-linearity is introduced in the way of von-Karman assumptions for the strain-displacement equations. The Ritz technique is applied using Legendre polynomials for the primary variable approximations. The crack is modeled by partitioning the entire domain of the plates into several sub-plates and therefore the plate decomposition technique is implemented in this research. The penalty technique is used for imposing the interface continuity between the sub-plates. Different out-of-plane essential boundary conditions such as clamp, simply support or free conditions will be assumed in this research by defining the relevant displacement functions. For in-plane boundary conditions, lateral expansions of the unloaded edges are completely free while the loaded edges are assumed to move straight but restricted to move laterally. With the formulation presented here, the plates can be subjected to biaxial compressive loads, therefore a sensitivity analysis is performed with respect to the applied load direction, along the parallel or perpendicular to the crack axis. The integrals of potential energy are numerically computed using Gauss-Lobatto quadrature formulas to get adequate accuracy. Then, the obtained non-linear system of equations is solved by the Newton-Raphson method. Finally, the results are presented to show the influence of crack length, various locations of crack, load direction, boundary conditions and different values of initial imperfection on nonlinear and post-buckling behavior of laminates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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