In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of beam-type smart structures that are equipped with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered in the formulation. By using a variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The proposed smart beam finite element is applied to the free vibration control adopting a constant gain feedback scheme. The electrical force vector, which is obtained in deriving an equation of motion, is the control force equivalent to that in existing literature. Validity of the proposed element is shown through comparing the analytical results of the verification examples with those of other previous researchers. With the use of smart beam finite elements, simulation of free vibration control is demonstrated by sensing the voltage of the piezoelectric sensors and by applying the voltages to the piezoelectric actuators.
Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie;Pham Van Vinh;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.16
no.3
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pp.313-324
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2024
The main aims of this study are to develop a new nonlocal quasi-3D theory for the free vibration behaviors of the functionally graded sandwich nanobeams. The sandwich beams consist of a ceramic core and two functionally graded material layers resting on elastic foundations. The two layers, linear spring stiffness and shear layer, are used to model the effects of the elastic foundations. The size-effect is considered using nonlocal elasticity theory. The governing equations of the motion of the functionally graded sandwich nanobeams are obtained via Hamilton's principle in combination with nonlocal elasticity theory. Then the Navier's solution technique is used to solve the governing equations of the motion to achieve the nonlocal free vibration behaviors of the nanobeams. A deep parametric study is also provided to demonstrate the effects of some parameters, such as length-to-height ratio, power-law index, nonlocal parameter, and two parameters of the elastic foundation, on the free vibration behaviors of the functionally graded sandwich nanobeams.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.265-273
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2014
Wave-body interaction is simulated using a developed code based on the flux-difference splitting scheme for immiscible and incompressible fluids and the hybrid Cartesian/immersed boundary method. A free surface is captured as a moving contact discontinuity within a fluid domain and an approximated Riemann solver is used to estimate the inviscid flux across the discontinuity. Immersed boundary nodes are identified inside an instantaneous fluid domain near a moving body, then dependent variables are reconstructed at those immersed boundary nodes based on interpolation along local normal lines to the boundary. Free surface flows around an oscillating cylinder are simulated and the computed wave elevations are compared with other reported results. The generation of a solitary wave by a moving wave-maker is simulated and the time histories of wave elevations at two different points are compared with other results. The developed code is applied to simulate body motion of an elastically mounted circular cylinder as a solitary wave passes the body. The force acting on an elastically mounted cylinder is compared with the force acting on a fixed cylinder. Grid independency of the computed body motion is established based on a comparison of results using three different-size grids.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.2
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pp.172-181
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2012
One of the most critical issues in naval architecture these days is the operational safety. Among many factors to be considered for higher safety level requirements, the hull stability in intact and damaged conditions is the first to ensure for both commercial and military vessels. Unlike the intact stability cases, the assessment of the damaged ship stability is very complicated physical phenomena. Therefore it is widely acknowledged that computational fluid dynamics (CFD) methods are one of most feasible approaches. In order to develop better CFD methods for damaged ship stability assessment, it is essential to perform well-designed model tests and to build a database for CFD validation. In the present study, free roll decay tests in calm water with both intact and damaged ships were performed and six degree-of-freedom (6DOF) motion responses of intact ship in regular waves were measured. Through the free roll decay tests, the effects of the flooding water on the roll decay motion of a ship were investigated. Through the model tests in regular waves, the database that provides 6DOF motion responses of intact ship was established.
Moshari, Shahab;Nikseresht, Amir Hossein;Mehryar, Reza
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.219-235
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2014
With the development of the technology of underwater moving bodies, the need for developing the knowledge of surface effect interaction of free surface and underwater moving bodies is increased. Hence, the two-phase flow is a subject which is interesting for many researchers all around the world. In this paper, the non-linear free surface deformations which occur during the water-exit of a circular cylinder due to its buoyancy are solved using finite volume discretization based code, and using Volume of Fluid (VOF) scheme for solving two phase flow. Dynamic mesh model is used to simulate dynamic motion of the cylinder. In addition, the effect of cylinder mass in presence of an external force is studied. Moreover, the oblique exit and entry of a circular cylinder with two exit angles is simulated. At last, water-exit of a circular cylinder in six degrees of freedom is simulated in 3D using parallel processing. The simulation errors of present work (using VOF method) for maximum velocity and height of a circular cylinder are less than the corresponding errors of level set method reported by previous researchers. Oblique exit shows interesting results; formation of waves caused by exit of the cylinder, wave motion in horizontal direction and the air trapped between the waves are observable. In 3D simulation the visualization of water motion on the top surface of the cylinder and the free surface breaking on the front and back faces of the 3D cylinder at the exit phase are observed which cannot be seen in 2D simulation. Comparing the results, 3D simulation shows better agreement with experimental data, specially in the maximum height position of the cylinder.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.17
no.3
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pp.49-56
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2009
Recently, a generation of high quality mosaic images from video sequences has been attempted by a variety of investigations. Among the matter of investigation, in this paper, generation on stereo mosaic utilizing airborne-video sequence images is focused upon. The stereo mosaic is made by creating left and right mosaic which are fabricated by front and rear slices having different viewing angle in consecutive video frames. For making the stereo mosaic, motion parameters which are able to define geometric relationship between consecutive video frames are determined. For determining motion parameters, affine model which is able to explain relative motion parameters is applied by this paper. The mosaicing method using relative motion parameters is called by free mosaic. The free mosaic proposed in this paper consists of 4 step processes: image registration with reference to first frame using affine model, front and rear slicing, stitching line definition and image mosaicing. As the result of experiment, the left and right mosaic image, anaglyphic image for stereo mosaic images are showed and analyzed y-parallax for checking accuracy.
The free vibration of axially functionally graded tapered arches including shear deformation and rotatory inertia are studied through solving the governing differential equation of motion. Numerical results are presented for circular, parabolic, catenary, elliptic and sinusoidal arches with hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped end restraints. In this study Differential Quadrature element of lowest order (DQEL) or Lagrangian Interpolation technique is applied to solve the problems. Three general taper types for rectangular section are considered. The lowest four natural frequencies are calculated and compared with the published results.
A computer code has been developed for the analysis of 2D viscous flow with free surface. VOF method and higher order upwind scheme have been employed for the accurate prediction of free surface motion. Surface tension effect and axisymmetric flow can be computed by the present code.
The moonpool is a vertical well ill floating barge, frequently found in drilling ships and in diving support vessel. In this paper, numerical simulation of two-dimensional flow in moonpool situated in moving vessel is carried out using the commercial software FLUENT. The focus of the simulation is to understand drag generation mechanics of moonpool flow. To examine the effect of free surface motion on the drag, simulations are also carried out by employing two different boundary conditions at the free surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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