In the present paper, the influences of the variation of exponent of volume fraction of carbon nanotubes (CNTs) on the natural frequencies (NFs) of the carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) beams under four different boundary conditions (BCs) are investigated. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be aligned and dispersed in a polymeric matrix with various reinforcing patterns, according to the variation of exponent of volume fraction of CNTs for functionally graded (FG) reinforcements. Besides, uniform distribution (UD) of reinforcement is also considered to analyze the influence of the non-linear (NL) variation of the reinforcement of CNTs. Using Hamilton's principle and third-order shear deformation theory (TSDT), the equations of motion of the CNTRC beam are derived. Under four different BCs, the resulting equations are solved analytically. To verify the present formulation, comparison investigations are conducted. To examine the impacts of several factors on the NFs of the CNTRC beams, numerical examples and some benchmark results are presented.
In this paper, Bishop theory performs longitudinal vibration analysis of Nano-beams. Its governing equation, due to integrated displacement field and more considered primarily effects compared with other theories, enjoys fully completed status, and more reliable results as well. This article aims to find how Bishop theory and Two-phase elasticity work together. In other words, whether Bishop theory will be compatible with Two-phase local/nonlocal elasticity. Hamilton's principle is employed to derive governing equation of motion, and then the 6th order of Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) as a constructive numerical method is utilized to attain the discretized two-phase formulation. To acquire a proper verification procedure, exact solution is prepared to be compared with current results. Furthermore, the effects of key parameters on the objective are investigated.
In this paper, we developed three theoretical models based on prey and predator that exhibit holling-type response functions. In both a fuzzy and a crisp environment, we have provided a mathematical formulation for the prey predator concept. We used the signed distance method to defuzzify the triangular fuzzy numbers using the alpha-cut function. We can identify equilibrium points for all three theoretical models using the defuzzification technique. Utilizing a variational matrix, stability is also performed with the two species model through three theoretical models. Results are presented, followed by discussion. MATLAB software is used to provide numerical simulations.
This paper presents a novel implicit level set method for topology optimization of functionally graded (FG) structures with pre-existing discontinuities (pre-cracks) using radial basis functions (RBF). The mathematical formulation of the optimization problem is developed by incorporating RBF-based nodal densities as design variables and minimizing compliance as the objective function. To accurately capture crack-tip behavior, crack-tip enrichment functions are introduced, and an eXtended Finite Element Method (X-FEM) is employed for analyzing the mechanical response of FG structures with strong discontinuities. The enforcement of boundary conditions is achieved using the Hamilton-Jacobi method. The study provides detailed mathematical expressions for topology optimization of systems with defects using FG materials. Numerical examples are presented to demonstrate the efficiency and reliability of the proposed methodology.
The purpose of this paper is to depict the effect of gravity on a nonlocal thermoelastic medium with initial stress. The Lord-Shulman and Green-Lindsay theories with fractional derivative order serve as the foundation for the formulation of the fundamental equations for the problem. To address the problem and acquire the exact expressions of physical fields, appropriate non-dimensional variables and normal mode analysis are used. MATLAB software is used for numerical calculations. The projected outcomes in the presence and absence of the gravitational field, along with a nonlocal parameter, are compared. Additional comparisons are made for various fractional derivative order values. It is evident that the variation of physical variables is significantly influenced by the fractional derivative order, nonlocal parameter and gravity field.
This study explores the use of a bulk type high-temperature superconductors (HTS) as trapped field magnets in synchronous motors. A HTS bulk is examined for its ability to generate powerful magnetic fields over a permanent magnet and to eliminate the need for a direct power supply connection compared to a tape form of HTS. A 150 kW interior-mounted bulk-type superconducting synchronous motor is designed and analyzed. The A-H formulation is used to numerical analysis. The results show superior electrical performance and weight reduction when comparing the designed model with the conventional permanent magnet synchronous motor of the same topology. This study presents HTS bulk synchronous motor's overall design process and highlights its potential in achieving relatively high power density than conventional permanent magnet synchronous motor.
Eliseu Lucena Neto;Flavio Luiz de Silva Bussamra;Giorgio Paciarotti;Felipe Rodrigo Cardoso
Structural Engineering and Mechanics
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v.92
no.3
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pp.245-256
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2024
Curved hexahedral finite elements based on the hybrid-mixed stress formulation are proposed for structural dynamic analysis of three-dimensional solids. The stress and displacement in the domain of an element and the displacement on its boundary are simultaneously and independently approximated using sets of complete and linearly independent non-nodal Legendre polynomials. The element geometry is given in terms of its corner and mid-edge points using the same interpolation functions of the traditional isoparametric 20-node brick element. Symmetric, highly sparse and well conditioned solving systems are obtained. Numerical tests are carried out using h- and p-refinements to assess the behavior of these new hexahedrons.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.4
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pp.481-494
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2001
An enhanced degenerated shell finite element (FE), which has been developed for inelastic analysis of reinforced concrete structures is described in this paper. Generally, Reissner-Mindlin (RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. As remedies of locking phenomena, reduced integration, incompatible mode and assumed strain method have been used. Especially, the assumed strain method has been successfully used in many FEs. But contrarily, there is a few investigation on the performance of the assumed strains in the inelastic analysis of concrete structures. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method and microscopic concrete material model. Finally, the performance of the present shell element is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present result shows a good agreement with experimental data or other numerical results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.285-294
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2000
In this paper, a practical procedure for the design optimization of tubular-steel-pile-type substructure in a mooring dolphin is investigated and numerically evaluated. In the finite-dimensional optimum design formulation, geometry and cross-sectional shapes of classified group of piles are identified as design variables. The design objective is the total weight of piles, and the design constraints on stresses, penetration depth, and size limits are imposed. Several classes of practical design alternatives are sought through the linking and fixing of design variables. Among the available numerical optimization codes, both PLBA program and DNCONF subroutine in IMSL library are used. They are based on SQP algorithm and relatively easy to get. A dolphin of numerical example has 20 tubular steel piles, 4 vertical and 16 inclined. Optimum designs for different cases are successfully obtained for the practical purpose.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.2
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pp.123-136
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2004
Terzaghi's one-dimensional consolidation theory has some important assumption, which can't be applicable to predict the behavior of soft clay ground. Especially, predictions using infinitesimal strain and linear material function related with permeability can give rise to mistake in comparison with the result of real behavior in site. For this reason, Gibson et al. established a rigorous formulation for the one-dimensional nonlinear finite strain consolidation theory, which can consider non-linearity of material function. But it is difficult to apply this theory to predict the behavior of common soft clay ground with vertical drain. In this study, consolidation model which can consider the vertical and horizontal flow of a fully saturated clay layer, self-weight of soil and nonlinear characteristics of compressibility and permeability are derived. Numerical analysis scheme, which can be applied to consolidation analysis by derived consolidation model in this study was developed. The characteristics of material function were examined using laboratory testing such as standard consolidation test, Rowe-cell test and modified consolidation test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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