Moshkelgosha, Ehsan;Askari, Ehsan;Jeong, Kyeong-Hoon;Shafiee, Ali Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.2
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pp.231-244
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2017
The aim of this study is to develop a semi-analytical method to investigate fluid-structure coupling of concentric double shells with different lengths and elastic behaviours. Co-axial shells constitute a cylindrical circular container and a baffle submerged inside the stored fluid. The container shell is made of functionally graded materials with mechanical properties changing through its thickness continuously. The baffle made of steel is fixed along its top edge and submerged inside fluid such that its lower edge freely moves. The developed approach is verified using a commercial finite element computer code. Although the model is presented for a specific case in the present work, it can be generalized to investigate coupling of shell-plate structures via fluid. It is shown that the coupling between concentric shells occurs only when they vibrate in a same circumferential mode number, n. It is also revealed that the normalized vibration amplitude of the inner shell is about the same as that of the outer shell, for narrower radial gaps. Moreover, the natural frequencies of the fluid-coupled system gradually decrease and converge to the certain values as the gradient index increases.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.30
no.2
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pp.44-54
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1988
This study was carried out to investigate the applicability of the conventional design method for ground supported circular cylindrical shell structures. For this purpose, the ensiled farm silo was adopted as a model structures. Herein, the conventional design method was based on the assumption that such structures are clamped at the bottom edges or the ground pressure is independent of the deflection at the surface. In the present paper, the applicability of above assumption was checked out by comparison with an exact method considering soil-structure interaction. Some results of numerical calculation show us ; When the ground is very hard, for example Winkler's constant k is larger than 100 kg / cm$^2$ / cm, or the bottom plate of structures has a infinitely stiffness, for example the bottom plate thickness is larger than 100 cm, the sectional forces, obtained from the conventional method at any wall of structures resting on an elastic foundation, can used for design purpose. Therefore, if the above condition is satisfied then the conventional assumptions can be justified for the design purpose. In this case, the assumption that such structures are fixed at the lower edges was more realistic than the assumption that the reaction pressure acting on structures is uniformly disributed since the accuracy of results of the analysis by the former assumption was higher than that obtained from the latter assumption. But the sectional forces in the bottom plate resting on ground directly could not be evaluate correctly by the conventional method.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.2
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pp.91-99
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2012
The Fighter aircraft transmission system consists of a light weight, High Speed Flexible Coupling (HSFC) known as Power Take-Off shaft (PTO) for connecting Engine gearbox (EGB) with Accessory Gear Box (AGB). The HSFC transmits the power through series of specially contoured metallic annular thin flexible plates whose planes are normal to the torque axis. The HSFC operates at high speed ranging from 10,000 to 18,000 rpm. The HSFC is also catered for accommodating larger lateral and axial misalignment resulting from differential thermal expansion of the aircraft engine and mounting arrangement. The contoured titanium alloy flexible plates are designed with a thin cross sectional profile to accommodate axial and parallel misalignment by the elastic material flexure. This paper investigates the effect of misalignment on the transmission characteristics of the HSFC couplings. A mathematical model for the HSFC coupling with misalignment has been developed for analyzing the torque transmission and force interaction characteristics. An extensive testing has been conducted for validating characteristics of the designed coupling under various misalignment conditions. With this the suitability of the model adapted for the design iteration of HSFC development is validated. This method will reduce the design iteration cycles of HSFC and can be extended for the similar development of flexible couplings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.174-180
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2004
Failure of tube bundles due to excessive flow-induced vibrations continues to affect the performance of nuclear power plant Early experimental studies concentrated on rigid structures and later investigators dealt with elastic structures because of their importance in many engineering fields. On the other hand, much less numerical work has been carried out, because of the numerical complexity associated with the problem. Conventional approaches usually decoupled the flow solution from the structural problem. The present numerical study proposes the methodology in analyzing the fluidelastic instability occurring in tube bundles by coupling the Computational fluid Dynamics (C%) with the tube equation of motions. The motion of the structures is modeled by a spring-damper-mass system that allows transnational motion in two directions (a two-degree-of-freedom system). The fluid motion and the cylinder response are solved in an iterative way, so that the interaction between the fluid and the structure can be accounted for property. The aim of the present work is to predict the fluidelstic instability of tube bundles and the associated phenomena, such as the response of the cylinder, the unsteady lift and drag on the cylinder, the vortex shedding frequency.
In the present work, the elasto-viscoplastic behavior, interactions between grains, and the texture evolution in polycrystalline materials subjected to finite deformations are modeled using a multiscale analysis procedure within a finite element framework. Computational homogenization is used to relate the grain (meso) scale to the macroscale. Specifically, a polycrystal is modeled by a material representative volume element (RVE) consisting of an aggregate of grains, and a periodic distribution of such unit cells is considered to describe material behavior locally on the macroscale. The elastic behavior is defined by a hyperelastic potential, and the viscoplastic response is modeled by a simple power law complemented by a work hardening equation. The finite element framework is based on a Lagrangian formulation, where a kinematic split of the deformation gradient into volume preserving and volumetric parts together with a three-field form of the Hu-Washizu variational principle is adopted to create a stable finite element method. Examples involving simple deformations of an aluminum alloy are modeled to predict inhomogeneous fields on the grain scale, and the macroscopic effective stress-strain curve and texture evolution are compared to those obtained using both upper and lower bound models.
This paper presents a new nonlocal stress variational principle approach for the transverse free vibration of an Euler-Bernoulli cantilever nanobeam with an initial axial tension at its free end. The effects of a nanoscale at molecular level unavailable in classical mechanics are investigated and discussed. A sixth-order partial differential governing equation for transverse free vibration is derived via variational principle with nonlocal elastic stress field theory. Analytical solutions for natural frequencies and transverse vibration modes are determined by applying a numerical analysis. Examples conclude that nonlocal stress effect tends to significantly increase stiffness and natural frequencies of a nanobeam. The relationship between natural frequency and nanoscale is also presented and its significance on stiffness enhancement with respect to the classical elasticity theory is discussed in detail. The effect of an initial axial tension, which also tends to enhance the nanobeam stiffness, is also concluded. The model and approach show potential extension to studies in carbon nanotube and the new result is useful for future comparison.
Lecithin, a zwitterionic phospholipid, forms spherical reverse micelles in organic solvents such as decane. The addition of multivalent ions like calcium chloride to lecithin organosols induces the transformation of organosols into organogels. A variety of applications of such organogels were found in gelation of fuels, food processing and drug delivery. Here, we investigated the effect of temperature on their rheological properties. In particular, the organogels showed a distinct melting temperature (${\sim}95^{\circ}C$) and their elastic properties decreased with increasing temperature. This is maybe due to the fact that the electrostatic interaction between lecithin and calcium chloride could be weaken with increasing temperature.
PURPOSES : This paper presents a finite element model to accurately represent the soil-post interaction of single guardrail posts in sloping ground. In this study, the maximum lateral resistance of a guardrail post has been investigated under static and dynamic loadings, with respect given to several parameters including post shape, embedment depth, ground inclination, and embedment location of the steel post. METHODS : Because current analytical methods applied to horizontal ground, including Winkler's elastic spring model and the p-y curve method, cannot be directly applied to sloping ground, it is necessary to seek an alternative 3-D finite element model. For this purpose, a 3D FHWA soil model for road-base soils, as constructed using LS-DYNA, has been adopted to estimate the dynamic behavior of single guardrail posts using the pendulum drop test. RESULTS : For a laterally loaded guardrail post near slopes under static and dynamic loadings, the maximum lateral resistance of a guardrail post has been found to be reduced by approximately 12% and 13% relative to the static analysis and pendulum testing, respectively, due to the effects of ground inclination. CONCLUSIONS : It is expected that the proposed soil material model can be applied to guardrail systems installed near slopes.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.297-303
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2001
This research presents an analytical model to characterize the ball bearing vibration due to the waviness in a rigid rotor supported by multi-row ball bearings considering centrifugal force and gyroscopic moment of ball. The effects of centrifugal force and gyroscopic moment are introduced to the kinematic constraints and force equilibrium equations. The waviness of ball and races is modeled by the superposition of sinusoidal function and it is introduced to position vectors of race curvature center to use the Hertzian contact theory in order to calculate the elastic deflection and nonlinear contact force resulting from the waviness while the rotor has translational and angular motion. They can be determined by solving the nonlinear equations of motion with five degrees of freedom by using the Runge-Kutta-Fehlberg algorithm. The accuracy of this research is validated by comparing with the results of the prior researches. It characterizes the vibration frequencies resulting from the various kinds of waviness in rolling elements, the harmonic frequencies resulting from the nonlinear load-deflection characteristics of ball bearing resulting from the waviness interaction.
When a large ship is advancing in waves, it undergoes hydroelastic response, which affects the structural stability and the fatigue destruction of the ship. Therefore, to predict an accurate hydroelastic response, it is necessary to conduct a thorough analysis of hydroelastic response, including fluid-structure interactions. In this research, the ship is divided into many hull elements, to calculate the fluid forces and wave exciting forces on each element. Using the three-dimensional source distribution method, the calculated fluid forces and wave exciting forces are assigned to nodes of the hull elements. The neighbor nodes are connected with elastic beam elements. We analyzed hydroelastic responses, using the finite elements method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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