Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
The typical inerter system, the tuned viscous mass damper (TVMD), has been proven to be efficient. It is characterized by an energy-dissipation-enhancement effect, whereby the dashpot deformation of TVMD can be amplified for enhanced energy dissipation efficiency. However, existing studies related to TVMD have mainly been performed on elastic structures, so the working mechanism remains unclear for nonlinear structures. To deal with this, an energy-spectrum analysis framework is developed systematically for classic bilinear hysteretic structures with TVMD. Considering the soil effect, typical bedrock records are propagated through the soil deposit, for which the designed input energy spectra are proposed by considering the TVMD parameters and structural nonlinear properties. Furthermore, the energy-dissipation-enhancement effect of TVMD is quantitatively evaluated for bilinear hysteretic structures. The results show that the established designed input energy spectra can be employed to evaluate the total energy-dissipation burden for a nonlinear TVMD structure. Particularly, the stiffness of TVMD is the dominant factor in adjusting the total input energy. Compared with the case of elastic structures, the energy-dissipation-enhancement effect of TVMD for nonlinear structures is weakened so that the expected energy-dissipation effect of TVMD is replaced by the accumulated energy dissipation of the primary structure.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.4
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pp.49-56
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2021
This study aims to develop a form-finding algorithm for a single-layered pneumatic membrane. The initial shape of this pneumatic membrane, which is an air-supported type pneumatic membrane, is to find a state in which a given initial tension and internal pneumatic pressure are in equilibrium. The algorithm developed to satisfy these conditions is that a nonlinear optimization problem based on the force method considering the deformed shape is formulated, and, it's able to find the shape by iteratively repeating the process of obtaining a solution of the governing equations. An computational technique based on the Gauss-Newton method was used as a method for obtaining solutions of nonlinear equations. In order to verify the validity of the proposed form-finding algorithm, a single-curvature pneumatic membrane example and a double-curvature air pneumatic membrane example were adopted, respectively. In the results of these examples, it was possible to well observe the step-by-step convergence process of the shape of the pneumatic membrane, and it was also possible to confirm the change in shape according to the air pressure. In addition, the calculation results of the shape and internal force after deformation due to initial tension, air pressure, and self-weight were obtained.
In the present article, functionally graded small-scaled plates based on modified strain gradient theory (MSGT) are studied for analyzing the nonlinear bending and post-buckling responses. Von-Karman's assumptions are applied to incorporate geometric nonlinearity and the first-order shear deformation theory is used to model the plates. Modified strain gradient theory includes three length scale parameters and is reduced to the modified couple stress theory (MCST) and the classical theory (CT) if two or all three length scale parameters become zero, respectively. The Ritz method with Legendre polynomials are used to approximate the unknown displacement fields. The solution is found by the minimization of the total potential energy and the well-known Newton-Raphson technique is used to solve the nonlinear system of equations. In addition, numerical results for the functionally graded small-scaled plates are obtained and the effects of different boundary conditions, material gradient index, thickness to length scale parameter and length to thickness ratio of the plates on nonlinear bending and post-buckling responses are investigated and discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.10a
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pp.113-120
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1994
Large Concrete Panel Structures behave quite differently from frame or monolithic shear wall structures because of the weakness of Joint in stiffness and strength. The joint experiences large deformation such as shear-slip in vertical and horizontal joint and rocking and crushing in horizontal joint because of localized stress concentration, but the wall panels behave elastically under cyclic loads. In order to describe the nonlinear behavior of the joint in the analysis of PC structures, different analysis technique from that of RC structures is needed. In this paper, for analysis of large concrete panel subassemblage subjected to cyclic loads, the wall panels are idealized by elastic finite elements, and the joints by nonlinear spring elements with various load-deflection relationship. The analytical results are compared with the experimental results on the strength, stiffness, energy dissipation and lateral drift, and the effectiveness of this computer analysis modelling technique is checked.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.50-55
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2013
In order to understand the biomaterial like the blood vessel of artery, there is a need to quantify the biomechanical behavior of the vessel. However, theoretical framework to describe and quantify the behaviour of blood vessel was not well established so far. For studying the biomechanical behavior of artery, Rubber-liked material which is similar to passive artery is selected since conventional theoretical interpretation is very limited to understand and predict the behavior of biomaterial. Rubber-like material is assumed to be very similar to artery and has properties of isotropy, homogeneity and is undergoing large deformation. Based on this assumption, stress developed on Rubber-like material is described by strain energy function and strain invariants which are required to understand the nonlinear elastic behavior of biomaterial. The descriptor which would be used for understanding the biomechanical behavior of artery is studied in this work.
In this study, the applicability and validity of collocation method to nonlinear vibration issues in comparison to other solutions are confirmed, and the applicability of collocation method to nonlinear dynamic response issues in comparison to the response curve with F.E.M results is examined. Also, it is also examined how the influence of axial inertia varies according to the size of slenderness ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.12
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pp.1926-1932
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2001
In this second part of the paper, the automatic mesh generation and remeshing algorithm using bubble packing method is applied to the nonlinear problem. The remeshing/refinement procedure is necessary in the large deformation process especially because the mesh distortion deteriorates the convergence and accuracy. To perform the nonliear analysis, the transfer of state variables such as displacement and strain is added to the algorithm of Part 1. The equilibrium equation based on total Lagrangian formulation and elasto-viscoplastic model is used. For the numerical experiment, the upsetting process including the contact constraint condition is analyzed by two refinement criteria. And from the result, it is addressed that the present algorithm can generate the refined meshes easily at the largely deformed area with high error.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.886-889
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2002
Finite Element Method for 3-D static loaded passenger car tire on the rigid surface is performed for studying the stiffness of tire to compare with experimental data. The tire elements used for FEM are defined each component to allow an easy change for the design parameters. Also, a hyperelastic material which is composed of tread and sidewall has been used to consider a large deformation of rubber components. The orthotropic characters of rubber-cord composite materials are used as well. The air pressure, a vertical and a lateral load are applied step by step and iterated by Modified Newton method for geometric and boundary condition nonlinear simulation. This study shows nonlinear analysis method for tire and the bearing capacity of tire due to the external force.
The power steering hose is a kind of high-pressure hose with reinforced braids in rubber material. It is usually manufactured through the swaging process. In this paper, the deformation characteristics of a power steering hose during the swaging process were analyzed using the nonlinear finite element method. The material properties were obtained on experiments, and the contact conditions were used in consideration of real manufacturing process. Investigations were focused on the stress and strain values of the hose and meta] components at the maximum jaw stroke and at the completion of the process. Especially, the results of inner rubber component were interpreted in detail, because of its important role in the hose efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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