In this paper, the influence of the polled direction of piezoelectric materials on the stress distribution is studied under time-harmonic dynamical load (time-harmonic Lamb's problem). The system considered in this study consists of piezoelectric covering layer and piezoelectric half-plane, and the harmonic dynamical load acts on the free face of the covering layer. The investigations are carried out by utilizing the exact equations of motion and relations of the linear theory of electro-elasticity. The plane-strain state is considered. It is assumed that the perfect contact conditions between the covering layer and half-plane are satisfied. The boundary value problems under consideration are solved by employing Fourier exponential transformation techniques with respect to coordinates directed along the interface line. Numerical results on the influence of the polled direction of the piezoelectric materials such as PZT-5A, PZT-5H, PZT-4 and PZT-7A on the normal stresses, shear stresses and electric potential acting on the interface plane are presented and discussed. As a result of the analyses, it is established that the polled directions of the piezoelectric materials play an important role on the values of the studied stresses and electric potential.
This paper proposes the hybrid PWM scheme that can obtain less harmonic characteristics in GTO inverters. By employing the variable of the dc-link voltage Vdc, the hybrid PWM pattern can ideally compensate the dc input fluctuation together with selected harmonics elimination. The transient behavior, which the magnetic flux and torque are altered and the large current flows instantly, may be produced when the mode change. To reduce such an undesirable transient behavior, it is also presented the technique for the gear changing of inverter operated with the hybrid PWM. The results are verified by simulations and experiments.
This study focused on modeling the behavior of the compressive stress using the average strain and ultrasonic test results in concrete. Feed-forward backpropagation artificial neural network (ANN) models were used to compare four types of concrete mixtures with varying water cement ratio (WC), ordinary concrete (ORC) and concrete with short steel fiber-reinforcement (FRC). Sixteen (16) $150mm{\times}150mm{\times}150mm$ concrete cubes were used; each contained eighteen (18) data sets. Ultrasonic test with pitch-catch configuration was conducted at each loading state to record linear and nonlinear test response with multiple step loads. Statistical Spearman's rank correlation was used to reduce the input parameters. Different types of concrete produced similar top five input parameters that had high correlation to compressive stress: average strain (${\varepsilon}$), fundamental harmonic amplitude (A1), $2^{nd}$ harmonic amplitude (A2), $3^{rd}$ harmonic amplitude (A3), and peak to peak amplitude (PPA). Twenty-eight ANN models were trained, validated and tested. A model was chosen for each WC with the highest Pearson correlation coefficient (R) in testing, and the soundness of the behavior for the input parameters in relation to the compressive stress. The ANN model showed increasing WC produced delayed response to stress at initial stages, abruptly responding after 40%. This was due to the presence of more voids for high water cement ratio that activated Contact Acoustic Nonlinearity (CAN) at the latter stage of the loading path. FRC showed slow response to stress than ORC, indicating the resistance of short steel fiber that delayed stress increase against the loading path.
Sarhosis, V.;Asteris, P.G.;Mohebkhah, A.;Xiao, J.;Wang, T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.633-653
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2016
One of the major threats to the stability of classical columns and colonnades are earthquakes. The behavior of columns under high seismic excitation loads is non-linear and complex since rocking, wobbling and sliding failure modes can occur. Therefore, three dimensional simulation approaches are essential to investigate the in-plane and out-of-plane response of such structures during harmonic and seismic loading excitations. Using a software based on the Distinct Element Method (DEM) of analysis, a three dimensional numerical study has been performed to investigate the parameters affecting the seismic behaviour of colonnades' structural systems. A typical section of the two-storey colonnade of the Forum in Pompeii has been modelled and studied parametrically, in order to identify the main factors affecting the stability and to improve our understanding of the earthquake behaviour of such structures. The model is then used to compare the results between 2D and 3D simulations emphasizing the different response for the selected earthquake records. From the results analysis, it was found that the high-frequency motion requires large base acceleration amplitude to lead to the collapse of the colonnade in a shear-slip mode between the drums. However, low-frequency harmonic excitations are more prominent to cause structural collapse of the two-storey colonnade than the high-frequency ones with predominant rocking failure mode. Finally, the 2D analysis found to be unconservative since underestimates the displacement demands of the colonnade system when compared with the 3D analysis.
Akbarov, Surkay D.;Ismailov, Meftun I.;Aliyev, Soltan A.
Coupled systems mechanics
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v.6
no.4
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pp.439-464
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2017
The hydro-elastic system consisting of a pre-stretched highly elastic plate, compressible Newtonian viscous fluid, and the rigid wall is considered and it is assumed that on the plate a lineal-located time-harmonic force acts. It is required to investigate the dynamic behavior of this system and determine how the problem parameters and especially the pre-straining of the plate acts on this behavior. The elasticity relations of the plate are described through the harmonic potential and linearized (with respect to perturbations caused by external time-harmonic force) form of these relations is used in the present investigation. The plane-strain state in the plate is considered and the motion of that is described within the scope of the three-dimensional linearized equations of elastic waves in elastic bodies with initial stresses. The motion of the fluid is described by the linearized Navier-Stokes equations and it is considered the plane-parallel flow of this fluid. The Fourier transform with respect to the space coordinate is applied for a solution to the corresponding boundary-value problem. Numerical results on the frequency response of the interface normal stress and normal velocity and the influence of the initial stretching of the plate on this response are presented and discussed. In particular, it is established that the initial stretching of the plate can decrease significantly the absolute values of the aforementioned quantities.
This study investigated the harmonic preference of children and adolescents depending on age and musical training. A total of 684 primary and secondary school students participated in this study. For this study, a four-measure melody was composed and constructed in four levels of harmonic complexity, determined by the rate of nonharmonic notes used and immediacy of harmonic resolution. Participants rated the degree of their perceived complexity and their preferences after listening to each musical stimulus. Ratings from the participants were analyzed in terms of the effect of age and the length of musical training. The results showed that younger students demonstrated little to no change in their preference regardless of the complexity level. Middle and high school students showed significantly decreased preference with increased harmonic complexity. High school students with more musical instrument training perceived changes in harmonic complexity more sensitively and showd higher level of optimal complexity. Younger students was affected by musical training relatively less than older students. This study presents the baseline data to be considered when determining the appropriate level of harmonic complexity for music appreciation of young population.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.3
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pp.325-331
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2018
This paper deals with the dynamical analysis of a vessel that leads to capsize in regular beam seas. The complete investigation of nonlinear behaviors includes sub-harmonic motion, bifurcation, and chaos under variations of control parameters. The vessel rolling motions can exhibit various undesirable nonlinear phenomena. We have employed a linear-plus-cubic type damping term (LPCD) in a nonlinear rolling equation. Using the fourth order Runge-Kutta algorithm with the phase portraits, various dynamical behaviors (limit cycles, bifurcations, and chaos) are presented in beam seas. On increasing the value of control parameter ${\Omega}$, chaotic behavior interspersed with intermittent periodic windows are clearly observed in the numerical simulations. The chaotic region is widely spread according to system parameter ${\Omega}$ in the range of 0.1 to 0.9. When the value of the control parameter is increased beyond the chaotic region, periodic solutions are dominant in the range of frequency ratio ${\Omega}=1.01{\sim}1.6$. In addition, one more important feature is that different types of stable harmonic motions such as periodicity of 2T, 3T, 4T and 5T exist in the range of ${\Omega}=0.34{\sim}0.83$.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.2
s.12
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pp.81-88
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2004
The dynamic instability of snapping phenomena has been studied by many researchers. Few papers deal with dynamic buckling under loads with periodic characteristics, and the behavior under periodic excitations is expected to be different from behavior under STEP excitations. We investigate the fundamental mechanisms of the dynamic instability when the sinusoidally shaped arch structures are subjected to sinusoidally distributed excitations with pin-ends. The mechanisms of dynamic indirect snapping of shallow arches are especially investigated under not only STEP function excitations but also under sinusoidal harmonic excitations, applied i the up-and-down direction. The dynamic nonlinear responses are obtained by the numerical integration of the geometrically nonlinear equation of motion. And using this analyze characteristics of the dynamic instability through the running response spectrum by FFT(Fast Fourier Transform).
This paper deals with the performance analysis of static compensator (STATCOM) based voltage regulator for selfexcited induction generators (SEIGs) supplying balanced/unbalanced and linear/ non-linear loads. In practice, most of the loads are linear. But the presence of non-linear loads in some applications injects harmonics into the generating system. Because an SEIG is a weak isolated system, these harmonics have a great effect on its performance. Additionally, SEIG's offer poor voltage regulation and require an adjustable reactive power source to maintain a constant terminal voltage under a varying load. A three-phase insulated gate bipolar transistor (IGBT) based current controlled voltage source inverter (CC- VSI) known as STATCOM is used for harmonic elimination. It also provides the required reactive power an SEIG needs to maintain a constant terminal voltage under varying loads. A dynamic model of an SEIG-STATCOM system with the ability to simulate varying loads has been developed using a stationary d-q axes reference frame. This enables us to predict the behavior of the system under transient conditions. The simulated results show that by using a STATCOM based voltage regulator the SEIG terminal voltage can be maintained constant and free from harmonics under linear/non linear and balanced/unbalanced loads.
Yousefzadeh, Sh.;Jafari, A.A.;Mohammadzadeh, A.;Najafi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.5
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pp.523-533
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2018
In this study, the dynamic response of a functionally graded material (FGM) circular plate in contact with incompressible fluid under the harmonic load is investigated. Analysis of the plate is based on First-order Shear Deformation Plate Theory (FSDT). The governing equation of the oscillatory behavior of the fluid is obtained by solving Laplace equation and satisfying its boundary conditions. A new set of admissible functions, which satisfy both geometrical and natural boundary conditions, are developed for the free vibration analysis of moderately thick circular plate. The Chebyshev-Ritz Method is employed together with this set of admissible functions to determine the vibrational behaviors. The modal superposition approach is used to determine the dynamic response of the plate exposed to harmonic loading. Numerical results of the force vibrations and the effects of the different geometrical parameters on the dynamic response of the plate are investigated. Finally, the results of this research in the limit case are compared and validated with the results of other researches and finite element model (FEM).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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