This paper examines the dispersion relation governing the wave propagation on cylindrical shells. The assumption of thin shells allows the dispersion relation to be separated into three relations related to the propagation of flexural waves and two types of membrane waves. Those relations are used to identify the characteristics of the wave number curves. The dispersion relation provides two and three closed wave number curves below and above the ring frequency. Above the ring frequency three wave number curves are clearly identified to be those of flexural, shear and longitudinal waves, respectively. Below the ring frequency, the characteristics of two wave number curves are identified with dependence of the direction of wave propagation.
This paper presents the validity and limitation of the thin-shell approach for the analysis of elastic wave propagation in a pipe with nonviscous liquid. The phase velocities calculated by the thin-shell approach were compared with those calculated by the thick-cylinder approach. In contrast to the case of the empty pipe, where only two modes were obtained and the first mode was calculated in a limited frequency range, the results for the liquid-filled pipe exhibits a large number of modes due to the large number of branches of the apparent liquid mass. Several of the lowest modes of the waves in a liquid-filled pipe were calculated for various pipe thicknesses in a low frequency range. The thin-shell approach was valid for a reasonable range of pipe thicknesses.
This study aims to develop a signal processing scheme to accurately predict the thickness of concrete slab using air-coupled impact-echo. Air-coupled impact-echo has been applied to concrete non-destructive tests (NDT); however, it is often difficult to obtain thickness mode frequency due to noise components. Furthermore, apparent velocity in concrete is a usually unknown parameter in the field and the thickness of the concrete slab often cannot be accurately measured. This study proposes a signal processing scheme using guided wave analysis, wherein dispersion curves are drawn in both frequency-wave number (f-k) and phase velocity-frequency ($V_{cp}-f$) domains. The theoretical and experimental results demonstrate that thickness mode frequency and apparent velocity in concrete are clearly obtained from the f-k and $V_{cp}-f$ domains, respectively. The proposed method has great potential with regard to the application of air-coupled impact-echo in the field.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.3
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pp.201-209
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2013
Much numerical and experimental research has been done for the flow around an oscillating airfoil. The main research topics are vortex shedding, dynamic stall phenomenon, MAV's lift and thrust generation. Until now, researches mainly have been concentrated on analyzing the wake flow for the variation of frequency and amplitude at a low angle of attack. In this study, wake structures and acoustic wave propagation characteristics were studied for a plunging airfoil at high angle of attack. The governing equations are the Navier-Stokes equation with LES turbulence model. OHOC (Optimized High-Order Compact) scheme and 4th order Runge-Kutta method were used. The Mach number is 0.3, the Reynolds number is, and the angle of attack is from $20^{\circ}$ to $50^{\circ}$. The plunging frequency and the amplitude are from 0.05 to 0.15, and from 0.1 to 0.2, respectively. Due to the high resolution numerical method, wake vortex shedding and pressure wave propagation process, as well as the propagation characteristics of acoustic waves can be simulated. The results of frequency analysis show that the flow has the mixed characteristics of the forced plunging frequency and the vortex shedding frequency at high angle of attack.
The Cylindrical Shell Equation is one of the fundamental tools in the study of the noise analysis in the cylindrical shell. Therefore, lot of the acousticians induced many cylindrical shell motion equations.[1] In the Reference[6], we introduced the newly induced cylindrical Shell Equation and Junger and Feit's shell equation[5], and computed the free wave number with the linear Equation with the supposed solution, in the case of the free motion of the shell. In this paper, we compared above cylindrical shell equations by using dispersion curve of free wave number and we describe the physical mean for the dispersion curve with ring-frequency and ring-extention-frequency. With this result, we proves the useful of a newly induced cylindrical shell equation and we can analyse the Structure-Borne Sound of the shell with this equation in the application.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.827-832
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2003
There has been a number methods for the presentation of time-frequency analysis of non-stationary signal. In this paper, STFT(short time Fourier transform), wavelet transform, Wigner distribution, and higher order Wigner distribution are discussed in details with simulation signals. They are also applied to the analysis of the wave propagation of a semi finite beam. Wigner distribution and higher order Wigner distribution have good time-frewuency resolutions. Wavelet transform is required for impact analysis but should be applied carefully. STFT suffers from time-frequency resolutions. Each method is has its advantage and disadvantage depending on each application signals.
This study presents the investigation of wave dispersion characteristics of a magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) nanosize beam utilizing nonlocal strain gradient theory (NSGT). In this theory, a material length scale parameter is propounded to show the influence of strain gradient stress field, and likewise, a nonlocal parameter is nominated to emphasize on the importance of elastic stress field effects. The material properties of heterogeneous nanobeam are supposed to vary smoothly through the thickness direction based on power-law form. Applying Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of MEE-FG nanobeam are derived. Furthermore, to derive the wave frequency, phase velocity and escape frequency of MEE-FG nanobeam, an analytical solution is employed. The validation procedure is performed by comparing the results of present model with results exhibited by previous papers. Results are rendered in the framework of an exact parametric study by changing various parameters such as wave number, nonlocal parameter, length scale parameter, gradient index, magnetic potential and electric voltage to show their influence on the wave frequency, phase velocity and escape frequency of MEE-FG nanobeams.
This study aims to evaluate the dynamic responses of the jacket-type offshore wind turbine using FAST software (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence). A systematic series of simulation cases of a 5 MW jacket-type offshore wind turbine, including wind-only, wave-only, wind & wave load cases are conducted. The dynamic responses of the wind turbine structure are obtained, including the structure displacement, rotor speed, thrust force, nacelle acceleration, bending moment at the tower bottom, and shear force on the jacket leg. The calculated time-domain results are transformed to frequency domain results using FFT and the environmental load with more impact on each dynamic response is identified. It is confirmed that the dynamic displacements of the wind turbine are dominant in the wave frequency under the incident wave alone condition, and the rotor thrust, nacelle acceleration, and bending moment at the bottom of the tower exhibit high responses in the natural frequency band of the wind turbine. In the wind only condition, all responses except the vertical displacement of the wind turbine are dominant at three times the rotor rotation frequency (considering the number of blades) generated by the wind. In a combined external force with wind and waves, it was observed that the horizontal displacement is dominant by the wind load. Additionally, the bending moment on the tower base is highly affected by the wind. The shear force of the jacket leg is basically influenced by the wave loads, but it can be affected by both the wind and wave loads especially under the turbulent wind and irregular wave conditions.
A high-order nonlocal strain gradient model is developed for wave propagation analysis of porous FG nanoplates resting on a gradient hybrid foundation in thermal environment, for the first time. Material properties are assumed to be temperature-dependent and graded in the nanoplate thickness direction. To consider the thermal effects, uniform, linear, nonlinear, exponential, and sinusoidal temperature distributions are considered for temperature-dependent FG material properties. On the basis of the refined-higher order shear deformation plate theory (R-HSDT) in conjunction with the bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory (B-H NSGT), Hamilton's principle is used to derive the equations of wave motion. Then the dispersion relation between frequency and wave number is solved analytically. The influences of various parameters (such as temperature rise, volume fraction index, porosity volume fraction, lower and higher order nonlocal parameters, material characteristic parameter, foundations components, and wave number) on the wave propagation behaviors of porous FG nanoplates are investigated in detail.
The aim of this work is to analyze and predict the wave propagation behavior of the carbon nanotube reinforced composites (CNTRC) beams within the framework of various higher order shear deformation beam theory. Using the Euler-Lagrange principle, the wave equations for CNTRC beams are derived, where the determining factor is to make the determinant equal to zero. Based on the eigenvalue method, the relationship between wave number and circular frequency is obtained. Furthermore, the phase and group velocities during wave propagation are obtained as a function of wave number, and the material properties of CNTRC beams are estimated by the mixture rule. In this paper, various higher order shear beam theory including Euler beam theory, Timoshenko beam theory and other beam theories are mainly adopted to analyze the wave propagation problem of the CNTRC beams, and by this way, we conduct a comparative analysis to verify the correctness of this paper. The mathematical model provided in this paper is verified numerically by comparing it with some existing results. We further investigate the effects of different enhancement modes of CNTs, volume fraction of CNTs, spring factor and other aspects on the wave propagation behaviors of the CNTRC beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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