In the finite element analysis of reinforced concrete structures, discrete representation of the steel reinforcing bars is considered advantageous over smeared representation because of the more realistic modelling of their bond-slip behaviour. However, there is up to now limited research on how to simulate the dowel action of discrete reinforcing bars, which is an important component of shear transfer in cracked concrete structures. Herein, a numerical model for the dowel action of discrete reinforcing bars is developed. It features derivation of the dowel stiffness based on the beam-on-elastic-foundation theory and direct assemblage of the dowel stiffness matrix into the stiffness matrices of adjoining concrete elements. The dowel action model is incorporated in a nonlinear finite element program based on secant stiffness formulation and application to deep beams tested by others demonstrates that the incorporation of dowel action can improve the accuracy of the finite element analysis.
This paper uses the four-variable refined plate theory for the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) rectangular plates. The plate properties are assumed to be varied through the thickness following a simple power law distribution in terms of volume fraction of material constituents. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Equations of motion are derived from the Hamilton's principle. The closed-form solutions of functionally graded plates are obtained using Navier solution. Numerical results of the refined plate theory are presented to show the effect of the material distribution, the aspect and side-to-thickness ratio on the fundamental frequencies. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the free vibration behavior of functionally graded plates.
This paper is concerned with thermo-mechanical vibration behavior of flexoelectric/piezoelectric nanobeams under uniform and linear temperature distributions. Flexoelectric/piezoelectric nanobeams have higher natural frequencies compared to conventional piezoelectric ones, especially at lower thicknesses. Both nonlocal and surface effects are considered in the analysis of flexoelectric/piezoelectric nanobeams for the first time. Hamilton's principle is employed to derive the governing equations and the related boundary conditions which are solved applying a Galerkin-based solution. Comparison study is also performed to verify the present formulation with those of previous data. Numerical results are presented to investigate the influences of the flexoelectricity, nonlocal parameter, surface elasticity, temperature rise, beam thickness and various boundary conditions on the vibration frequencies of thermally affected flexoelectric/piezoelectric nanobeam.
Free vibration analysis of plates and shells is carried out by using isogeometric approach. For this purpose, an isogeometric shell element based on Reissner-Mindlin (RM) shell theory is developed. Non-uniform rational B-spline surface (NURBS) definition is introduced to represent the geometry of shell and it is also used to derive all terms required in the isogeometric element formulation. New anchor positions are proposed to calculate the shell normal vector. Gauss integration rule is used for the formation of stiffness and mass matrices. The proposed shell element is then used to examine vibrational behaviours of plate and shell structures. From numerical results, it is found to be that reliable natural frequencies and associated mode shapes can be predicted by the present isogeometric RM shell element.
A new model of generalized thermoelasticity equations for isotropic media with temperature-dependent mechanical properties is established. The modulus of elasticity is taken as a linear function of reference temperature. The present model is described both generalizations, Lord Shulman (L-S) theory with one relaxation time and Green-Lindsay (G-L) with two relaxation times, as well as the coupled theory, instantaneously. The method of the matrix exponential, which constitutes the basis of the state space approach of modern control theory, applied to two-dimensional equations. Laplace and Fourier integral transforms are used. The resulting formulation is applied to a problem of a thick plate subject to heating on parts of the upper and lower surfaces of the plate that varies exponentially with time. Numerical results are given and illustrated graphically for the problem considered. A comparison was made with the results obtained in case of temperature-independent modulus of elasticity in each theory.
We make use of cubic B-spline interpolation function in two cases: heat conduction and fluid flow problems. Cubic B-spline test function is employed because it is superior to approximation of linear and non-linear problems. We investigated the accuracy of the numerical formulation and focused on the position of the breakpoints within the computational domain. When the domain is divided by partitions of equal space, the results show poor accuracy. For the case of a heat conduction problem this partition can not reflect the temperature gradient which is rapidly changed near the wall. To correct the problem, we have more grid points near the wall or the region which has a rapid change of variables. When we applied the unequally spaced breakpoints, the results show high accuracy. Based on the comparison of the linear problem, we extended to the highly non-linear fluid flow problems.
Two phase flows have been numerically calculated to analyze plume characteristics and liquid circulation in gas injection through a porous plug. The Eulerian approach has been for formulation of both the continuous and dispersed phases. The turbulence in the liquid phase has been modeled using the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ turbulence model. The interphase friction coefficient has been calculated using correlations available in the literature. The turbulent dispersion of the phase has been modeled by the "dispersion Prand시 number". The predicted mean flows is compared well with the experimental data. The plume region area and the axial velocities are increased with the gas flow rate and with the decrease in the inlet area. The turbulent intensity also shows the same trend. Also, the space-averaged turbulent kinetic energy for various gas flow rates and inlet areas has been obtained. The results are of interest in the design and operation of a wide variety of materials and chemical processing operations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1438-1445
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1992
A new and efficient method is presented to evaluate contact force and motion of an electric railway simple catenary-pantograph system. Overhead lines are regarded as simple strings, and hangers connected to the strings are replaced with concentrated forces acting on them. The displacement of strings due to concentrated forces caused by hangers and pantograph is expressed using Green's function. A system of linear algebraic equations in terms of unknown forces is derived based upon the compatibility requirement at the location of hangers and pantograph. This procedure is more analytic in formulation compared to the existing methods such as finite difference method or normal modes method, and it is expected to be more accurate. Present method has additional advantage that it requires neither numerical differentiation nor system eigenvalues.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.2
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pp.356-368
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1992
The strongly interactive flow field near a missile afterbody containing a centered exhaust jet is numerically investigated. The thin shear layer and full formulation of compressible, Reynolds I averaged Navier-Stokes equations are solved. A time-dependent implicit numericals algorithm is used to obtain solution for a variety of flow conditions. Turbulence closure is implemented by the Baldwin-Lomax algebraic eddy viscosity model. An adaptive grid technique is adopted to resolve flow regimes with large gradients and to improve the accuracy and efficiency of the computation, Numerical results show good agreemement with experimental data in all regimes.
Park, Nam-Gyu;Lee, Seong-Ki;Kim, Hyeong-Koo;Park, Ki-Sung
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.18
no.5
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pp.733-741
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2004
Vibration behavior of an initially stressed beam on discretely spaced multiple elastic supports has been studied and a theoretical formulation of the system is derived using the variational principle. Unlike beams on an elastic foundation, discretely spaced supports can distort the beam mode shapes when the supports have rather large stiffness, i.e. usually expected beam modes cannot be obtained, but rather irregular mode shapes are observed. Conversely, irregular modes can be recovered by changing initial stress. Since support location is closely associated with the dynamic characteristics, this work also discusses eigenvalue sensitivity with respect to the support position and some numerical examples are investigated to illustrate the above findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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