In this paper, geometrically non-linear analysis of a functionally graded simple supported beam is investigated with porosity effect. The material properties of the beam are assumed to vary though height direction according to a prescribed power-law distributions with different porosity models. In the nonlinear kinematic model of the beam, the total Lagrangian approach is used within Timoshenko beam theory. In the solution of the nonlinear problem, the finite element method is used in conjunction with the Newton-Raphson method. In the study, the effects of material distribution such as power-law exponents, porosity coefficients, nonlinear effects on the static behavior of functionally graded beams are examined and discussed with porosity effects. The difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of functionally graded porous beam is investigated in detail. Also, the effects of the different porosity models on the functionally graded beams are investigated both linear and nonlinear cases.
Second harmonic generation using nonlinear ultrasonic waves have been shown to be an early indicator of possible fatigue damage in nuclear power plant components. This technique relies on measuring amplitudes, making it highly susceptible to variations in transducer coupling and instrumentation. This paper proposes an experimental procedure for in-situ surface wave nonlinear ultrasound measurements on specimen with permanently mounted transducers under high cycle fatigue loading without interrupting the experiment. It allows continuous monitoring and minimizes variation due to transducer coupling. Moreover, relations describing the effects of the measurement system nonlinearity including the effects of the material transfer function on the measured nonlinearity parameter are derived. An in-situ high cycle fatigue test was conducted using two 304 stainless steel specimens with two different excitation frequencies. A comprehensive analysis of the nonlinear sources, which result in variations in the measured nonlinearity parameters, was performed and the effects of the system nonlinearities are explained and identified. In both specimens, monotonic trend was observed in nonlinear parameter when the value of fundamental amplitude was not changing.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.120-129
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2000
As structure-soil interaction analysis for the seismic analysis of structures requires a nonlinear analysis of a structure-soil system considering the inelastic characteristics of soil layers nonlinear analyses of the foundation-soil system with the horizontal excitation were performed considering the nonlinear soil conditions for the nonlinear seismic analysis of structures. Stiff soil profile of SD and soft soil profile of SE specified in UBC were considered for the soil layers of a foundation and Ramberg-Osgood model was assumed for the nonlinear characteristics of soil layers. Studies on the changes of dynamci stiffnesses and damping rations of surface and embedded foundations depending on foundation size soil layer depth and piles were performed to investigate the effects of the nonlinear soil layer on the horizontal and rotational dynamic stiffnesses and damping ratios of the foundation-soil system According to the study results nonlinear prperties of a soil laryer decreeased horizontal and rotational linear stiffnesses and increased damping ratios largely Effects of foundation size soil layer depth and piles were also significant suggesting the necessity of nonlinear seismic analyses of structures.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.297-313
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2020
An Arctic Spar is characterized by its conical shape near the waterline. In this case, the nonlinear effects from its irregular hull shape would be significant if there is either a large amplitude floater motion or steep wave conditions. Therefore, in this paper, the nonlinear effects of an Arctic Spar are numerically investigated by introducing a weakly nonlinear time-domain model that considers the time dependent hydrostatic restoring stiffness and Froude-Krylov forces. Through numerical simulations under multiple regular and irregular wave conditions, the nonlinear behavior of the Arctic Spar is clearly observed, but it is not shown in the linear analysis. In particular, it is found that the nonlinear Froude-Krylov force plays an important role when the wave frequency is close to the heave natural frequency. In addition, the nonlinear hydrostatic restoring stiffness causes the structure's unstable motion at a half of heave natural period.
This paper deals with the nonlinear static deflections of functionally graded (FG) porous under thermal effect. Material properties vary in both position-dependent and temperature-dependent. The considered nonlinear problem is solved by using Total Lagrangian finite element method within two-dimensional (2-D) continuum model in the Newton-Raphson iteration method. In numerical examples, the effects of material distribution, porosity parameters, temperature rising on the nonlinear large deflections of FG beams are presented and discussed with porosity effects. Also, the effects of the different porosity models on the FG beams are investigated in temperature rising.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.8
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pp.747-756
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2007
The hydropneumatic suspension units, which have applied to the tracked vehicles, have the spring and damping function in the unit. The nonlinear characteristics such as roadwheel rotation effects, gas behavior changes, hydraulic damping characteristics, hysterisis, and frictional forces have been ignored or simplified to analyze the mathematical models in many areas. This study describes the dynamic characteristics and the nonlinear behaviors of hydropneumatic suspension unit considering the nonlinear effects such as the nonlinear spring and nonlinear damping through the simulation and the experiment. The utility of nonlinear analysis through the higher-order spectral analysis is also presented.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.153-160
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2005
A new nonlinear static analysis method, Effective Modal Pushover Analysis (EMPA) which can evaluate earthquake responses such as story drift and plastic rotation of plastic hinges addressing higher mode effects was developed. Unlike existing nonlinear static procedure based on properties of fundamental vibration mode, the EMPA performs nonlinear static analysis using multiple effective modes constructed by direct combination of natural vibration modes. Therefore higher mode effects can be efficiently considered. In the present study, procedures of the EPMA evaluating inelastic earthquake responese were established and the results were verified by nonlinear time history analysis. The EMPA can be applied to seismic evaluation of high-rise buildings and irregular buildings where higher mode effects become conspicuous.
Kim, Hong-Bin;Lee, Byong-Huee;Han, Sang-Oh;Huh, Kun-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.1
s.256
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pp.18-25
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2007
Linear motor is easily affected by load disturbance, force ripple, friction, and parameter variations because there is no mechanical transmission to reduce the effects of model uncertainties and external disturbance. These nonlinear effects have been reduced for high-speed/high-accuracy position control either through the better motor design or via the better control algorithm that can compensate the nonlinear effects. In this paper, a nonlinear adaptive control algorithm is designed and applied for the position control of permanent magnet linear synchronous motor. In order to estimate and compensate the nonlinear effects such as friction and force ripple, the estimation and the nonlinear adaptive control laws are derived based on the virtual control input and a suitable Lyapunov function. The proposed controller is evaluated through the computer simulations. The control algorithm is also implemented to a DSP board and interfaced to the PMLSM for verifying the realtime control performance.
The geometrical nonlinear vibrations of the gold nanoscale rod are investigated for the first time by considering the internal modals interactions using different nonlinear beam theories. This phenomenon is usually one of the important features of nonlinear vibration systems. For a more detailed analysis, the von-Karman effects, preserving all the nonlinear terms in the strain-displacement relationships of gold nanoscale rods in three displacement directions, are considered to analyze the nonlinear axial vibrations of gold nanoscale rods. It uses highly accurate analytical-numerical solutions for the clamped-clamped and clamped-free boundary conditions of nanoscale gold rods. Also, with the help of Hamilton's principle, the governing equation and boundary conditions are derived based on Eringen's theory. The influence of nonlinear and nonlocal factors on axial vibrations was investigated separately for all three theories: Simple (ST), Rayleigh (RT) and Bishop (BT). Using different theories, the effects of inertia and shear on the internal resonances of gold nanorods were studied and compared in terms of twoto-one and three-to-one internal resonances. As the nonlocal parameter of the gold nanorod increases, the maximum nonlinear amplitude occurs. So, by adding nonlocal effects in a gold nanorod, the internal modal interactions resulting from the unique structure can be enhanced. It is worth noting that shear and inertial analysis have a significant effect on internal modal interactions in gold nanorods.
Nazira Mohamed;Salwa A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.11
no.1
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pp.55-81
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2024
This paper presents the exact solutions and closed forms for of nonlinear stability and vibration behaviors of straight and curved beams with nonlinear viscoelastic boundary conditions, for the first time. The mathematical formulations of the beam are expressed based on Euler-Bernoulli beam theory with the von Karman nonlinearity to include the mid-plane stretching. The classical boundary conditions are replaced by nonlinear viscoelastic boundary conditions on both sides, that are presented by three elements (i.e., linear spring, nonlinear spring, and nonlinear damper). The nonlinear integro-differential equation of buckling problem subjected to nonlinear nonhomogeneous boundary conditions is derived and exactly solved to compute nonlinear static response and critical buckling load. The vibration problem is converted to nonlinear eigenvalue problem and solved analytically to calculate the natural frequencies and to predict the corresponding mode shapes. Parametric studies are carried out to depict the effects of nonlinear boundary conditions and amplitude of initial curvature on nonlinear static response and vibration behaviors of curved beam. Numerical results show that the nonlinear boundary conditions have significant effects on the critical buckling load, nonlinear buckling response and natural frequencies of the curved beam. The proposed model can be exploited in analysis of macrosystem (airfoil, flappers and wings) and microsystem (MEMS, nanosensor and nanoactuators).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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