Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.150-159
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2014
A simplified method for the calculation of buckling and vibrational characteristics of initially stressed rectangular plate and antisymmetric angle-ply laminated plates is presented in this paper using the natural frequencies under unloading state. The equation of motion of rectangular plate with two opposite edges simply supported is investigated on the basis of Rayleigh-Ritz method and Mindlin plate theory with effect of the curvature term. The relationships of the non-dimensional natural frequencies with initial stresses the coeffcients of critical buckling and the boundaries of the dynamic principal instability region can be characterized by the non-dimensional natureal frequencies under unloading state. Numerical examples are presented to verify the simplified equations and to illustrate potential applications of the analysis.
This paper investigates the size dependent effect on the vibration analysis of a porous nanocomposite viscoelastic plate reinforced by functionally graded-single walled carbon nanotubes (FG-SWCNTs) by considering nonlocal strain gradient theory. Therefore, using energy method and Hamilton's principle, the equations of motion are derived. In this article, the effects of nonlocal parameter, aspect ratio, strain gradient parameter, volume fraction of carbon nanotubes (CNTs), damping coefficient, porosity coefficient, and temperature change on the natural frequency are perused. The innovation of this paper is to compare the effectiveness of each mentioned parameters individually on the free vibrations of this plate and to represent the appropriate value for each parameter to achieve an ideal nanocomposite plate that minimizes vibration. The results are verified with those referenced in the paper. The results illustrate that the effect of damping coefficient on the increase of natural frequency is significantly higher than the other parameters effect, and the effects of the strain gradient parameter and nonlocal parameter on the natural frequency increase are less than damping coefficient effect, respectively. Furthermore, the results indicate that the natural frequency decreases with a rise in the nonlocal parameter, aspect ratio and temperature change. Also, the natural frequency increases with a rise in the strain gradient parameter and CNTs volume fraction. This study can be used for optimizing the industrial and medical designs, such as automotive industry, aerospace engineering and water purification system, by considering ideal properties for the nanocomposite plate.
Bidgoli, Mahmood Rabani;Karimi, Mohammad Saeed;Arani, Ali Ghorbanpour
Steel and Composite Structures
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v.19
no.3
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pp.713-733
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2015
In this paper, viscous fluid induced nonlinear free vibration and instability analysis of a functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) cylindrical shell integrated with two uniformly distributed piezoelectric layers on the top and bottom surfaces of the cylindrical shell are presented. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are selected as reinforcement and effective material properties of FG-CNTRC cylindrical shell are assumed to be graded through the thickness direction and are estimated through the rule of mixture. The elastic foundation is modeled by temperature-dependent orthotropic Pasternak medium. Considering coupling of mechanical and electrical fields, Mindlin shell theory and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Nonlinear frequency and critical fluid velocity of sandwich structure are calculated based on differential quadrature method (DQM). The effects of different parameters such as distribution type of SWCNTs, volume fractions of SWCNTs, elastic medium and temperature gradient are discussed on the vibration and instability behavior of the sandwich structure. Results indicate that considering elastic foundation increases frequency and critical fluid velocity of system.
In this paper, buckling characteristics of nonhomogeneous functionally graded (FG) nanobeams embedded on elastic foundations are investigated based on third order shear deformation (Reddy) without using shear correction factors. Third-order shear deformation beam theory accounts for shear deformation effects by a parabolic variation of all displacements through the thickness, and verifies the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the FG nanobeam. A two parameters elastic foundation including the linear Winkler springs along with the Pasternak shear layer is in contact with beam in deformation, which acts in tension as well as in compression. The material properties of FG nanobeam are supposed to vary gradually along the thickness and are estimated through the power-law and Mori-Tanaka models. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. Nonlocal equations of motion are derived through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. Comparison between results of the present work and those available in literature shows the accuracy of this method. The obtained results are presented for the buckling analysis of the FG nanobeams such as the effects of foundation parameters, gradient index, nonlocal parameter and slenderness ratio in detail.
This article studies the secondary resonances of a clamped-clamped microresonator under combined electrostatic and piezoelectric actuations. The electrostatic actuation is induced by applying the AC-DC voltage between the microbeam and the electrode plate that lies at the opposite side of the microbeam. The piezoelectric actuation is induced by applying the DC voltage between upper and lower sides of piezoelectric layer. It is assumed that the neutral axis of bending is stretched when the microbeam is deflected. The drift effect of piezoelectric layer (the phenomenon where there is a slow increase of the free strain after the application of a DC field) is neglected. The equations of motion are solved by using the multiple scale perturbation method. The system possesses a subharmonic resonance of order one-half and a superharmonic resonance of order two. It is shown that using the DC piezoelectric actuation, the sensitivity of AC-DC electrostatically actuated microresonator under subharmonic and superharmonic resonances may be tuned. In addition, it is shown that the tuning domain of the microbeam under combined electrostatic and piezoelectric actuations at subharmonic and superharmonic conditions is larger than the tuning domain of microbeam under only the electrostatic actuation.
Impact pressure due to sloshing is of great concern for the ship owners, designers and builders of the LNG carriers regarding the safety of LNG containment system and hull structure. Sloshing of LNG in partially filled tank has been an active area of research with numerous experimental and numerical investigations over the past decade. In order to accurately predict the sloshing impact load, a new numerical method was developed for accurate resolution of violent sloshing flow inside a three-dimensional LNG tank including wave breaking, jet formation, gas entrapping and liquid-gas interaction. The sloshing flow inside a membrane-type LNG tank is simulated numerically using the Finite-Analytic Navier-Stokes (FANS) method. The governing equations for two-phase air and water flows are formulated in curvilinear coordinate system and discretized using the finite-analytic method on a non-staggered grid. Simulations were performed for LNG tank in transverse and longitudinal motions including horizontal, vertical, and rotational motions. The predicted impact pressures were compared with the corresponding experimental data. The validation results clearly illustrate the capability of the present two-phase FANS method for accurate prediction of impact pressure in sloshing LNG tank including violent free surface motion, three-dimensional instability and air trapping effects.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.1182-1196
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2014
In problems of global hydroelastic ship response in severe seas including the whipping problem, we need to know the hydrodynamic forces acting on the ship hull during almost arbitrary ship motions. In terms of ship sections, some of them can enter water but others exit from water. Computations of nonlinear free surface flows, pressure distributions and hydrodynamic forces in parallel with the computations of the ship motions including elastic vibrations of the ship hull are time consuming and are suitable only for research purposes but not for practical calculations. In this paper, it is shown that the slamming forces can be decomposed in two components within three semi-analytical models of water entry. Only heave motion is considered. The first component is proportional to the entry speed squared and the second one to the body acceleration. The coefficients in these two components are functions of the penetration depth only and can be precomputed for given shape of the body. During the exit stage the hydrodynamic force is proportional to the acceleration of the body and independent of the body shape for bodies with small deadrise angles.
$Li^+$ ion complex of azacrown ether with restricted motion of freedom and pseudo-bilateral symmetry was studied by infrared spectroscopy, which has shown simplified and broadened vibrational features. The C=O and N-H stretching bands, in particular, shows anomalous broadening nearly ${\sim}50\;cm^{-1}$. The density functional calculation at the level of BP86/6-31+$G^{**}$ shows that $Li^+$ ion is trapped and rather free to move around inside the cavity, as much as about $0.70\;{\AA}$. Through the relocation of $Li^+$ ion inside the cavity, the conformational changes would occur rapidly in its symmetry $C_1\;{\rightleftarrows}\;C_2\;{\rightleftarrows}\;C_1$$. The potential barrier was obtained to be merely ~2.2 kJ/mol for $C_1\;{\rightarrow}\;C_2$. During this conformational alteration, the amide backbone twists concurrently its dihedral angle side to side about up to ${\pm}3$ degree. Selected vibrational modes were interpreted in terms of the force constant variations of local symmetry coordinates between conformations in the framework of $C_1\;{\rightleftarrows}\;C_2\;{\rightleftarrows}\;C_1$.
Existing methods for the registration of blurred images are efficient for the artificially blurred images or a planar registration, but not suitable for the naturally blurred images existing in the real image mosaic process. In this paper, we attempt to resolve this problem and propose a method for a distortion-free stitching of naturally blurred images for image mosaic. It adopts a multi-resolution and robust feature based inter-layer mosaic together. In each layer, Harris corner detector is chosen to effectively detect features and RANSAC is used to find reliable matches for further calibration as well as an initial homography as the initial motion of next layer. Simplex and subspace trust region methods are used consequently to estimate the stable focal length and rotation matrix through the transformation property of feature matches. In order to stitch multiple images together, an iterative registration strategy is also adopted to estimate the focal length of each image. Experimental results demonstrate the performance of the proposed method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.4
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pp.417-425
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2007
The differential quadrature method(DQM) is applied to computation of eigenvalues of the equations of motion governing the free out-of-plane vibration for circular curved beams including the effects of rotatory inertia and transverse shearing deformation. Fundamental frequencies are calculated for the members with clamped-clamped end conditions and various opening angles. The results are compared with exact solutions or numerical solutions by other methods for cases in which they are available. The DQM provides good accuracy even when only a limited number of grid points is used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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