Shin, Young Jae;Kwon, Kyung Mun;Yun, Jong Hak;Yoo, Yeong Chan;Lee, Ju Hyung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.1
s.68
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pp.81-89
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2004
The vibration analysis of the circular arch as a member of a structure has been an important subject of mechanics due to its various applications to many industrial fields. In particular, circular arches with variable cross section are widely used to optimize the distribution of weight and strength and to satisfy special architectural and functional requirements. The Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) and Differential Transformation Method (DTM) were recently proposed by Shu and Zou, respectively. In this study, GDQM and DTM were applied to the vibration analysis of circular arches with variable cross section. The governing equations of motion for circular arches with variable cross section were derived. The concepts of Differential Transformation and Generalized Differential Quadrature were briefly introduced. The non-dimensionless natural frequencies of circular arches with variable cross section were obtained for various boundary conditions. The results obtained using these methods were compared with those of previous works. GDQM and DTM showed fast convergence, accuracy, efficiency, and validity in solving the vibration problem of circular arches with variable cross section.
Free vibration of cross-ply laminated plates using a higher-order shear deformation theory is studied. The arbitrary number of layers is oriented in symmetric and anti-symmetric manners. The plate kinematics are based on higher-order shear deformation theory (HSDT) and the vibrational behaviour of multi-layered plates are analysed under simply supported boundary conditions. The differential equations are obtained in terms of displacement and rotational functions by substituting the stress-strain relations and strain-displacement relations in the governing equations and separable method is adopted for these functions to get a set of ordinary differential equations in term of single variable, which are coupled. These displacement and rotational functions are approximated using cubic and quantic splines which results in to the system of algebraic equations with unknown spline coefficients. Incurring the boundary conditions with the algebraic equations, a generalized eigen value problem is obtained. This eigen value problem is solved numerically to find the eigen frequency parameter and associated eigenvectors which are the spline coefficients.The material properties of Kevlar-49/epoxy, Graphite/Epoxy and E-glass epoxy are used to show the parametric effects of the plates aspect ratio, side-to-thickness ratio, stacking sequence, number of lamina and ply orientations on the frequency parameter of the plate. The current results are verified with those results obtained in the previous work and the new results are presented in tables and graphs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.3
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pp.426-434
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2000
This paper deals with a generalized similarity solution for the one-dimensional solidification of ternary or higher-order multicomponent alloys. The present approach not only retains the existing features of binary systems such as temperature- solute coupling, shrinkage-induced flow, solid-liquid property differences, and finite back diffusion, but also is capable of handling a multicomponent alloy without restrictions on the partition coefficient and microsegregation parameter. For an alloy of N-solute species, governing equations in the mushy region reduce to (N+2) nonlinear ordinary differential equations via similarity transformation, which are to be solved along with the closed-form solutions for the solid and liquid regions. A linearized correction scheme adopted in the solution procedure facilitates to determine the solidus and liquidus positions stably. The result for a sample ternary alloy agrees excellently with the numerical prediction as well as the reported similarity solution. Additional calculations are also presented to show the utility of this study. Finally, it is concluded that the present analysis includes the previous analytical approaches as subsets.
Asiri, Saeed A.;Akbas, Seref D.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.713-722
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2020
This article aims to illustrate the damped dynamic responses of layered functionally graded (FG) thick 2D beam under dynamic pulse sinusoidal load by using finite element method, for the first time. To investigate the response of thick beam accurately, two-dimensional plane stress problem is assumed to describe the constitutive behavior of thick beam structure. The material is distributed gradually through the thickness of each layer by generalized power law function. The Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive model is exploited to include the material internal damping effect. The governing equations are obtained by using Lagrange's equations and solved by using finite element method with twelve -node 2D plane element. The dynamic equation of motion is solved numerically by Newmark implicit time integration procedure. Numerical studies are presented to illustrate stacking sequence and material gradation index on the displacement-time response of cantilever beam structure. It is found that, the number of waves increases by increasing the graduation distribution parameter. The presented mathematical model is useful in analysis and design of nuclear, marine, vehicle and aerospace structures those manufactured from functionally graded materials (FGM).
Rabiee, Ataollah;Kamalinia, Amir Hossein;Hadad, Kamal
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.1
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pp.92-102
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2017
The analysis of steam generators as an interface between primary and secondary circuits in light water nuclear power plants is crucial in terms of safety and design issues. VVER-1000 nuclear power plants use horizontal steam generators which demand a detailed thermal hydraulics investigation in order to predict their behavior during normal and transient operational conditions. Two phase flow field simulation on adjacent tube bundles is important in obtaining logical numerical results. However, the complexity of the tube bundles, due to geometry and arrangement, makes it complicated. Employment of porous media is suggested to simplify numerical modeling. This study presents the use of porous media to simulate the tube bundles within a general-purpose computational fluid dynamics code. Solved governing equations are generalized phase continuity, momentum, and energy equations. Boundary conditions, as one of the main challenges in this numerical analysis, are optimized. The model has been verified and tuned by simple two-dimensional geometry. It is shown that the obtained vapor volume fraction near the cold and hot collectors predict the experimental results more accurately than in previous studies.
The present paper addresses a general formulation for the thermo elastic analysis of a functionally graded cylindrical shell subjected to external loads. The shear deformation theory and energy method is employed for this purpose. This method presents the final relations by using a set of second order differential equations in terms of integral of material properties along the thickness direction. The proposed formulation can be considered for every distribution of material properties, whether functional or non functional. The obtained formulation can be used for manufactured materials or structures with numerical distribution of material properties which are obtained by using the experiments. The governing differential equation is applied for two well-known functionalities and some previous results are corrected with present true results.
Loghman, Abbas;Arani, Ali Ghorbanpour;Barzoki, Ali Akbar Mosallaie
Computers and Concrete
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v.19
no.6
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pp.677-687
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2017
The nonlinear buckling response of nano composite anti-symmetric functionally graded polymeric microplate reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) rested on orthotropic elastomeric foundation with temperature dependent properties is investigated. For the carbon-nanotube reinforced composite (CNTRC) microplate, a uniform distribution (UD) and four types of functionally graded (FG) distribution are considered. Based on orthotropic Mindlin plate theory, von Karman geometric nonlinearity and Hamilton's principle, the governing equations are derived. Generalized differential quadrature method (GDQM) is employed to calculate the non-linear buckling response of the plate. Effects of FG distribution type, elastomeric foundation, aspect ratio (thickness to width ratio), boundary condition, orientation of foundation orthotropy and temperature are considered. The results are validated. It is found that the critical buckling load without elastic medium is significantly lower than considering Winkler and Pasternak medium.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.5
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pp.73-85
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1997
An automatic transmission is an important element of automotive power systems that allows a driving convenience. Compared to a manual transmission, however, it has a few problems in efficiency, shift feel, and maintenance. To improve these, it is imperative to understand the dynamics of automatic transmissions. This paper develops a dynamically-correct model of an automatic transmission, using the bond graph method. The bond graph method is ideally suited for modeling power systems, because the method is based on generalized power variables. The bond graph method is capable of providing correct dynamic constraints and kinematic constraints, as well as the governing differential equations of motion. The bond graph method is applied to 1-4 in-gear ranges, as well as various upshifts and downshifts of an automatic transmission, which allows an accurate simulation of an automatic transmission. Conventional automatic transmission models have no dynamic constraint, which do not allow correct simulation studies.
A decoupling technique for simulating near-field wave motions in two-phase media is introduced in this paper. First, an equivalent but direct weighted residual method is presented in this paper to solve boundary value problems more explicitly. We applied the Green's theorem for integration by parts on the equivalent integral statement of the field governing equations and then introduced the Neumann conditions directly. Using this method and considering the precision requirement in wave motion simulation, a lumped-mass FEM for two-phase media with clear physical concepts and convenient implementation is derived. Then, considering the innate attenuation character of the wave in two-phase media, an attenuation parameter is introduced into Liao's Multi-Transmitting Formula (MTF) to simulate the attenuating outgoing wave in two-phase media. At last, two numerical experiments are presented and the numerical results are compared with the analytical ones demonstrating that the lumped-mass FEM and the generalized MTF introduced in this paper have good precision.
In this study, Eringen nonlocal elasticity theory in conjunction with surface elasticity theory is employed to study nonlinear free vibration behavior of FG nano-plate lying on elastic foundation, on the base of Reddy's plate theory. The material distribution is assumed as a power-law function and effective material properties are modeled using Mori-Tanaka homogenization scheme. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equations which solved using DQ method. Finally, the effects of different factors on natural frequencies of the nano-plate under hygrothermal situation and various boundary conditions are studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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