This research tries to present a nonlinear thermo-elastic solution for a functionally graded spherical shell subjected to mechanical and thermal loads. Geometric nonlinearity is considered using the Lagrange or finite strain tensor. Non-homogeneous material properties are considered based on a power function. Adomian's decomposition method is used for calculation of nonlinear results. Nonlinear results such as displacement can be evaluated for sphere in terms of different indexes of non-homogeneity. A comprehensive comparison between linear and nonlinear results and evaluation of the percentage of difference between them can be performed in this paper. The obtained results indicate that the improvement of the results due to usage of nonlinear analysis is depending on the non-homogeneous index.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.4
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pp.491-501
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2021
This paper aims to evaluate the mechanical integrity for Spent Nuclear Fuel (SNF) cladding under lateral loads during transportation. The evaluation process requires a conservative consideration of the degradation conditions of SNF cladding, especially the hydride effect, which reduces the ductility of the cladding. The dynamic forces occurring during the drop event are pinch force, axial force and bending moment. Among those forces, axial force and bending moment can induce transverse tearing of cladding. Our assessment of 14 × 14 PWR SNF was performed using finite element analysis considering SNF characteristics. We also considered the probabilistic procedures with a Monte Carlo method and a reliability evaluation. The evaluation results revealed that there was no probability of damage under normal conditions, and that under accident conditions the probability was small for transverse failure mode.
Studying the dynamic behavior of axially moving cylindrical shells in hygro-thermal environments has important theoretical and engineering value for aircraft design. Therefore, in this paper, considering hygro-thermal effect, the nonlinear forced vibration of an axially moving cylindrical shell made of functionally graded materials (FGM) is studied. It is assumed that the material properties vary continuously along the thickness and contain pores. The Donnell thin shell theory is used to derive the motion equations of FGM cylindrical shells with hygro-thermal loads. Under the four sides clamped (CCCC) boundary conditions, the Gallekin method and multi-scale method are used for nonlinear analysis. The effects of power law index, porosity coefficient, temperature rise, moisture concentration, axial velocity, prestress, damping and external excitation amplitude on nonlinear forced vibration are explored through parametric research. It can be found that, the changes in temperature and humidity have a significant effect. Increasing in temperature and humidity will cause the resonance position to shift to the left and increase the resonance amplitude.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.259-268
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2015
An optimization method for the tube hydroforming process is developed using the equivalent static loads method for non linear static response structural optimization (ESLSO). The aims of the tube hydroforming optimization are to determine the axial forces (axial feedings) and the internal pressures, and to obtain the desired shape without failures after hydroforming analysis. Therefore, the magnitude of the forces should be design variables in the optimization process. Also, some tube hydroforming optimization needs to consider the result of the thickness in nonlinear dynamic analysis as responses. However, the external forces are considered as constants and the thickness is not a response in the linear response optimization process of the original ESLSO. Thus, a new ESLSO process is proposed to overcome the difficulties and some examples are solved to validate the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.8
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pp.823-830
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2015
Structural optimization pursues improved performance of structures. Nowadays, structural optimization is applied to the design of huge and complex structures such as an airplane. As the number of the finite elements is increased, the analysis solution becomes more accurate. However, the design cost using the finite element model is significantly increased. The component mode synthesis method that is using the substructure synthesis method is frequently employed in order to keep the accuracy and reduce the cost. A new design method for structural optimization is proposed to reduce the design cost and to consider the dynamic effect of the structure. The proposed method reduces the design cost by applying the equivalent static loads on the design domain. An example of linear dynamic response optimization is solved and the efficiency of the proposed method is demonstrated.
Naderi, Ali-Asghar;Rahimi, Gholam-Hossein;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.16
no.4
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pp.375-387
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2014
The purpose of this paper is to propose a method for evaluation of varying stiffness coefficients of tailored conical shells (TCS). Furthermore, a comparison between buckling loads of these shells under axial load with the different fiber path is performed. A circular truncated conical shell subjected to axial compression is taken into account. Three different theoretical path containing geodesic path, constant curvature path and constant angle path has been considered to describe the angle variation along the cone length, along cone generator of a conical shell are offered. In the TCS with the arbitrary fiber path, the thickness and the ply orientation are assumed to be functions of the shell coordinates and influencing stiffness coefficients of the structure. The stiffness coefficients and the buckling loads of shells are calculated basing on classical shells theory (CST) and using finite-element analysis (FEA) software. The obtained results for TCS with arbitrary fiber path, thickness and ply orientation are derived as functions of shell longitudinal coordinate and influencing stiffness coefficients of structures. Furthermore, the buckling loads based on fiber path and ply orientation at the start of tailored fiber get to be different. The extent of difference for tailored fiber with start angle lower than 20 degrees is not significant. The results in this paper show that using tailored fiber placement could be applied for producing conical shells in order to have greater buckling strengths and lower weight. This work demonstrates the use of fiber path definitions for calculated stiffness coefficients and buckling loads of conical shells.
Herein, we present numerical simulation based model to study the use of a 'Tuned Mass Damper (TMD)' - particularly spring mass systems - to control the displacements at the deck level under seismic and ice loads for an offshore jacket structure. Jacket is a fixed structure and seismic loads can cause it to vibrate in the horizontal directions. These motions can disintegrate the structure and lead to potential failures causing extensive damage including environmental hazards and risking the lives of workers on the jacket. Hence, it is important to control the motion of jacket because of earthquake and ice loads. We analyze an offshore jacket platform with a tuned mass damper under the earthquake and ice loads and explore different locations to place the TMD. Through, selected parametric variations a suitable location for the placement of TMD for the jacket structure is arrived and this implies the design applicability of the present research. The ANSYS*TM mechanical APDL software has been used for the numerical modeling and analysis of the jacket structure. The dynamic response is obtained under dynamic seismic and ice loadings, and the model is attached with a TMD. Parameters of the TMD are studied based on the 'Principle of Absorption (PoA)' to reduce the displacement of the deck level in the jacket structure. Finally, in our results, the proper mass ratio and damping ratios are obtained for various earthquake and ice loads.
A new structural dynamic fuzzy reliability analysis under stochastic loads which are applied several times is proposed in this paper. The fuzzy reliability prediction models based on time responses with and without strength degeneration are established using the stress-strength interference theory. The random loads are applied several times and fuzzy structural strength is analyzed. The efficiency of the proposed method is demonstrated numerically through an example. The results have shown that the proposed method is practicable, feasible and gives a reasonably accurate prediction. The analysis shows that the probabilistic reliability is a special case of fuzzy reliability and fuzzy reliability of structural strength without degeneration is also a special case of fuzzy reliability with structural strength degeneration.
Based on three-dimensional (3-D) FE limit analyses, this paper provides plastic limit and TES(Twice-Elastic-Slope) loads for pipe bends under combined pressure and out-of-plane bending. The plastic limit loads are determined from FE limit analyses based on elastic-perfectly-plastic materials using the small geometry change option, and the FE limit analyses using the large geometry change option provide TES plastic loads. A wide range of parameters related to the bend geometry is considered. Based on the FE results, closed-form approximations of plastic limit and TES plastic load solutions for pipe bends under out-of-plane bending are proposed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.2
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pp.150-155
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2017
Many engineering issues are caused because of sloshing phenomena. Numerical solution methods including the computational fluid dynamics (CFD) technique, are used to analyze these sloshing problems. In this study, a numerical technique was used to analyze sloshing impact loads in a prismatic tank under forced horizontal motion. The volume-of-fraction (VOF) method was adopted to model the sloshing flow. Six cases were used to compare the effects of the natural frequencies of a simple rectangular and prismatic tank, with impact pressure on the prismatic tank wall. This study also investigated the variable pressure loads and sloshing phenomena in prismatic tanks when the frequencies were changed. The results showed that the average of the peak pressure value for ${\omega}^{\prime}1=4.24=4.24$ was 22% higher than that of ${\omega}_1=4.6$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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