In this paper chaotic mothions of a straight pipe conveying oscillatory flow and being subjected to external forces such as earthquake are theoretically investigated. The nonlinear partial differential equation of motion is derived by Newton's method. In this equation, the nonlinear curvature of the pipe and the thermal expansion effects are contained. The nonlinear ordinary differential equation transformed from that partial differential equation is a type of Hill's equations, which have the parametric and external exciation term. This original system is transfered to the averaged system by the averaging theory. Bifurcation curves of chaotic motion of the piping system are obtained in the general case of the frequency ratio, n by applying Melnikov's method. Numerical simulations are performed to demonstrate theorectical results and show strange attactors of the chaotic motion.
In this paper an application technique of moment equation method to solution of nonlinear rolling equation of motion of ships is investigated. The exciting moment in the equation of rolling motion of ships is described as non-white noise. This non-white exciting moment is generated through use of a shaping filter. These coupled equations are used to generate moment equations. The nonstationary responses of the nonlinear system are obtained. The results are compared with those of a linear system.
This paper presents nonlinear vibration analysis of a composite cylindrical shell. The core of the shell is made of functionally graded (FG) porous materials and layers is fabricated of carbon nanotubes (CNTs) reinforced nanocomposites. To increase the accuracy of results, neutral surface position is considered. First-order shear deformation theory is used as displacement field to derive the basic relations of equation motions. In addition, von-Karman nonlinear strains are employed to account geometric nonlinearity and to enhance the results' precision, the exact position of the neutral surface is considered. To governing the partial equations of motion, the Hamilton's principle is used. To reduce the equation motions into a nonlinear motion equation, the Galerkin's approach is employed. After that the nonlinear motion equation is solved by multiple scales method. Effect of various parameters such as volume fraction and distribution of CNTs along the thickness directions, different patterns and efficiency coefficients of porous materials, geometric characteristics and initial conditions on nonlinear to linear ratio of frequency is investigated.
The FPSO is moored by mooring lines to keep the position of it. The nonlinear motion analysis of the moored FPSO must be carried out in the initial design stage because sea environments affect motion of it. In this paper, the mathematical model is based on the slow motion maneuvering equations in the horizontal plane considering wave, current and wind forces. The direct integration method is employed to estimate wave loads. The current forces are calculated by using mathematical model of MMG. The turret mooring forces are quasi-statically evaluated by using the catenary equation. The coefficients of a model for wind forces are calculated from Isherwood's experimental data and the variation of wind speed is estimated by wind spectrum according to the guidelines of API-RP2A. The nonlinear motions of FPSO are simulated under external forces due to wave, current, wind including mooring forces in time domain.
In this paper, Chaotic motions of a curved pipe conveying oscillatory flow are theoretically investigated. The nonlinear partial differential equation of motion is derived by Newton's method. The transformed nonlinear ordinary differential equation is a type of Hill's equation, which have the parametric and external excitation. Bifurcation curves of chaotic motion of the piping systems are obtained by applying Melnikov's method. Poincare maps numerically demonstrate theoretical results and show transverse homoclinic orbit of the chaotic motion.
In this paper, first, the equations of motion for a rectangular isotropic plate have been derived. This derivation is based on the Von Karmann theory and the effects of shear deformation have been considered. Introducing an Airy stress function, the equations of motion have been transformed to a nonlinear coupled equation. Using Galerkin method, this equation has been separated into position and time functions. By means of the dimensional analysis, it is shown that the orders of magnitude for nonlinear terms are small with respect to linear terms. The Multiple Scales Method has been applied to the equation of motion in the forced vibration and free vibration cases and closed-form relations for the nonlinear natural frequencies, displacement and frequency response of the plate have been derived. The obtained results in comparison with numerical methods are in good agreements. Using the obtained relation, the effects of initial displacement, thickness and dimensions of the plate on the nonlinear natural frequencies and displacements have been investigated. These results are valid for a special range of the ratio of thickness to dimensions of the plate, which is a characteristic of the Multiple Scales Method. In the forced vibration case, the frequency response equation for the primary resonance condition is calculated and the effects of various parameters on the frequency response of system have been studied.
Main sources of the vibration in gear driving system are transmission error and backlash. Transmission error is the difference of the rotation between driving and driven gear due to tooth deformation and profile error. Vibro-impacts induced by backlash between meshing gears lead to excessive vibration and noise in many geared rotation systems. Nonlinear dynamic characteristics of the gear driving system due to transmi- ssion error and backlash are investigated. Transmission error is calculated for spur gear. Nonlinear equation of motion for the gear driving system is developed with the calculated transmission error and backlash. Numerical analysis of the equation and the experimental results show the existence of meshing frequency, superharmonic compon- ents. Instability of the gear driving motion is found on the basis of Mathieu equation. Rattle vibration due to backlash is also discussed on the basis if nonlinear jump phenomenon.
A second order nonlinear ordinary differential equation is obtained by solving the initial-boundary value problem of a class of elas-todynamics equations, which models the radially symmetric motion of a incompressible hyper-elastic solid sphere under a suddenly applied surface tensile load. Some new conclusions are presented. All existence conditions of nonzero solutions of the ordinary differential equation, which describes cavity formation and motion in the interior of the sphere, are presented. It is proved that the differential equation has singular periodic solutions only when the surface tensile load exceeds a critical value, in this case, a cavity would form in the interior of the sphere and the motion of the cavity with time would present a class of singular periodic oscillations, otherwise, the sphere remains a solid one. To better understand the results obtained in this paper, the modified Varga material is considered simultaneously as an example, and numerical simulations are given.
Jamnongpipatkul, Arada;Su, Zhiyong;Falzarano, Jeffrey M.
Ocean Systems Engineering
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제1권3호
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pp.249-261
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2011
The stochastic nonlinear dynamic behavior and probability density function of ship rolling are studied using the nonlinear dynamical systems approach and probability theory. The probability density function of the rolling response is evaluated through solving the Fokker Planck Equation using the path integral method based on a Gauss-Legendre interpolation scheme. The time-dependent probability of ship rolling restricted to within the safe domain is provided and capsizing is investigated from the probability point of view. The random differential equation of ships' rolling motion is established considering the nonlinear damping, nonlinear restoring moment, white noise and colored noise wave excitation.
In this study, nonlinear transverse vibrations of tensioned Euler-Bernoulli nanobeams are studied. The nonlinear equations of motion including stretching of the neutral axis and axial tension are derived using nonlocal beam theory. Forcing and damping effects are included in the equations. Equation of motion is made dimensionless via dimensionless parameters. A perturbation technique, the multiple scale methods is employed for solving the nonlinear problem. Approximate solutions are applied for the equations of motion. Natural frequencies of the nanobeams for the linear problem are found from the first equation of the perturbation series. From nonlinear term of the perturbation series appear as corrections to the linear problem. The effects of the various axial tension parameters and different nonlocal parameters as well as effects of different boundary conditions on the vibrations are determined. Nonlinear frequencies are estimated; amplitude-phase modulation figures are presented for simple-simple and clamped-clamped cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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