Deployable structures have gained more and more applications in space and civil structures, while it takes a large amount of computational resources to analyze this kind of multibody systems using common analysis methods. This paper presents a new approach for dynamic analysis of multibody systems consisting of both rigid bars and arbitrarily shaped rigid bodies. The bars and rigid bodies are connected through their nodes by ideal pin joints, which are usually fundamental components of deployable structures. Utilizing the Moore-Penrose generalized inverse matrix, equations of motion and constraint equations of the bars and rigid bodies are formulated with nodal Cartesian coordinates as unknowns. Based on the constraint equations, the nodal displacements are expressed as linear combination of the independent modes of the rigid body displacements, i.e., the null space orthogonal basis of the constraint matrix. The proposed method has less unknowns and a simple formulation compared with common multibody dynamic methods. An analysis program for the proposed method is developed, and its validity and efficiency are investigated by analyses of several representative numerical examples, where good accuracy and efficiency are demonstrated through comparison with commercial software package ADAMS.
The study is to investigate the free vibration of antisymmetric angle-ply conical shells having non-uniform sinusoidal thickness variation. The arbitrarily varying thickness is considered in the axial direction of the shell. The vibrational behavior of shear deformable conical shells is analyzed for three different support conditions. The coupled differential equations in terms displacement and rotational functions are obtained. These displacement and rotational functions are invariantly approximated using cubic spline. A generalized eigenvalue problem is obtained and solved numerically for an eigenfrequency parameter and an associated eigenvector of spline coefficients. The vibration characteristic of the shells is examined for cone angle, aspect ratio, sinusoidal thickness variation, layer number, stacking sequence, and boundary conditions.
For the general case of loading conditions and boundary conditions, it is very difficult to obtain closed form solutions for buckling loads and natural frequencies of thin-walled structures because its behaviour is very complex due to the coupling effect of bending and torsional behaviour. In consequence, most of previous finite element formulations are introduce approximate displacement fields to use shape functions as Hermitian polynomials, and so on. The Purpose of this study is to presents a consistent derivation of exact dynamic stiffness matrices of thin-walled straight beams, to be used ill tile free vibration analysis, in which almost types of boundary conditions are exist An exact dynamic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform beam element of nonsymmetric thin-walled cross section. This numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. The natural frequency is evaluated for the thin-walled straight beam structure, and the results are compared with analytic solutions in order to verify the accuracy of this study.
This study investigates axisymmetric fractional vibration of an isotropic hyperelastic semi-linear thin disc with a view to examine effects of finite deformation associated with the material of the disc and effects of fractional vibration associated with the motion of the disc. The generalized three-dimensional equation of motion is reduced to an equivalent time fraction one-dimensional vibration equation. Using the method of variable separable, the resulting equation is further decomposed into second-order ordinary differential equation in spatial variable and fractional differential equation in temporal variable. The obtained solution of the fractional vibration problem under consideration is described by product of one-parameter Mittag-Leffler and Bessel functions in temporal and spatial variables respectively. The obtained solution reduces to the solution of the free vibration problem in literature. Finally, and amongst other things, the Cauchy's stress distribution in thin disc under finite deformation exhibits nonlinearity with respect to the displacement fields whereas in infinitesimal deformation hypothesis, these stresses exhibit linear relation with the displacement field.
This study focused on the mechanical and hydraulic characteristics of underwater tunnels based on Mohr-Coulomb (M-C), Hoek-Brown (H-B) and generalized H-B failure criteria. An improved approach for calculating stress, displacement and plastic radius of the circular tunnel considering hydraulic-mechanical coupling was developed. The innovation of this study was that the radius-incremental-approach was reconstructed (i.e., the whole plastic zone is divided into a finite number of concentric annuli by radius), stress and displacement of each annulus were determined in terms of numerical method and Terzaghi's effective stress principle. The validation of the proposed approach was conducted by comparing with the results in Brown and Bray (1982) and Park and Kim (2006). In addition, the Rp-pin curve (plastic radius-internal supporting pressure curve) was obtained using the numerical iterative method, and the plastic radius of the deep-buried tunnel could be obtained by interpolation method in terms of the known value of internal supporting pressure pin. Combining with the theories in Carranza and Fairhurst (2000), the improved technique for assessing the reliability of the tunnel support was proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.851-858
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2010
A generalized elastic solution for a transient mode III crack propagating along the gradient in functionally graded materials (FGMs) is obtained through an asymptotic analysis. The shear modulus and density of the FGMs are assumed to vary exponentially along the gradient. The stress and displacement fields near the crack tip are obtained in terms of powers of radial coordinates, and the coefficients depend on the time rates of the change of the crack tip speed and stress intensity factors. The influence of nonhomogeneity and transients on the higher order terms of the stress and displacement fields is discussed.
This paper presents the convected material frame approach to study the nonlinear behavior of inelastic frame structures. The convected material frame approach is a modification of the co-rotational approximation by incorporating an adaptive convected material frame in the basic definition of the displacement vector and strain tensor. In the formulation, each discrete element is associated with a local coordinate system that rotates and translates with the element. For each load increment, the corresponding strain-displacement and nodal force-stress relationships are defined in the updated local coordinates, and based on the updated element geometry. The rigid body motion and deformation displacements are decoupled for each increment. This modified approach incorporates the geometrical nonlinearities through the continuous updating of the material frame geometry. A generalized nonlinear function is used to derive the inelastic constitutive relation and the kinematic hardening is considered. The equation of motion is integrated by an explicit procedure and it involves only vector assemblage and vector storage in the analysis by assuming a lumped mass matrix of diagonal form. Several numerical examples are demonstrated in close agreement with the solutions obtained by the ANSYS code. Numerical studies show that the proposed approach is capable of investigating large deflection of inelastic planar structures and providing an excellent numerical performance.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.1
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pp.95-104
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2021
As people's living standards and cultural standards have developed, interest in culture and art has increased, and the demand for large space structures where people can enjoy art, music, and sports has increased. As it accommodates a large number of personnel, it is most important to ensure safety of large spatial structures, and can be used as a space where people can evacuate in case of a disaster. Large spatial structures should be prepared for earthquake loads rather than wind loads. In addition to damage to the structure due to earthquakes, there are cases in which it was not utilized as a space for evacuation due to the fall of objects installed on top of the structure. Therefore, in this study, the dome-shaped large spatial structure is generalized and the displacement response according to the number of installations, position and mass is analyzed using a tuned mass damper(TMD) that is representative vibration control device.
The decaying temperature and dynamic response of a thermoelastic nanobeam subjected to a moving load has been investigated in the context of generalized theory of nonlocal thermoelasticity. The transformed distributions of deflection, temperature, axial displacement and bending moment are obtained by using Laplace transformation. By applying a numerical inversion method, the results of these fields are then inverted and obtained in the physical domain. Also, for a particular two models, numerical results are discussed and presented graphically. Some specific and special results are derived from the current study.
The dual-phase lag heat transfer model is employed to study the problem of isotropic generalized thermoelastic medium with internal heat source. The normal mode analysis is used to obtain the exact expressions for displacement components, force stress and temperature distribution. The variations of the considered variables through the horizontal distance are illustrated graphically. The results are discussed and depicted graphically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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