The dynamic response of buried pipelines has gained considerable importance because these pipelines perform vital role in conducting energy, water, communication and transportation. After realizing the magnitude of damage, and hence, the human uncomfort and the economical losses, researchers have paid sincere attention to this problem. A number of papers have appeared in the past which discuss the different aspects of the problem. This paper presents a theoretical analysis of non-axisymmetric dynamic response of buried orthotropic cylindrical shell subjected to a moving load along the axis of the shell. The orthotropic shell has been buried in a homogeneous, isotropic and elastic medium of infinite extent. A thick shell theory including the effects of rotary inertia and shear deformation has been used. A perfect bond between the shell and the surrounding medium has been assumed. Results have been obtained for very hard (rocky), medium hard and soft soil surrounding the shell. The effects of shell orthotropy have been brought out by varying the non-dimensional orthotropic parameters over a long range. Under these conditions the shell response is studied in axisymmetric mode as well as in the flexural mode. It is observed that the shell response is significantly affected by change in orthotropic parameters and also due to change of response mode. It is observed that axial deformation is large in axisymmetric mode as compared to that in flexural mode.
본 연구에서는 기존연구에 비하여 해의 형태가 간단한 폐형태로 주어지는 엄 밀한 해를 구하기 위해, 직교이방성원통셸의 지배방정식을 Novozhilov 형복소미분방정 식으로 유도하였다. 수치예로서 모선전체 및 부분적으로 작용하는 선하중하에 원통 셸의 변립 및 응력상태를 해석하여 기존의 연구와 비교하였으며, 직교이방특성과 셸기 하학적 매개변수에 따르는 영향을 고찰하였다.
In this study, we proposed a method to replace the solid finite element model of the boiler membrane wall for coal-fired power plants using an equivalent shell model. The application of a bending load to the membrane wall creates greater displacement at both ends of the central portion when compared with the middle when an isotropic elastic constant is used in the shell model. This is inconsistent with the results of the solid model where the central portion is uniformly deformed. Here, we presented a method to determine the orthotropic elastic constants of the shell model in terms of bending stiffness and vibration characteristics to solve this problem. Our analysis of the orthotropic shell model showed that the error ratio was 0.9% for the maximum displacement due to the bending load, 0.3% for the first natural frequency, and 2.5% for the second natural frequency when compared with the solid model. In conclusion, a complicated boiler membrane wall composed of a large number of pipes and fins can be replaced with a simple shell model that shows equivalent bending stiffness and vibration characteristics using our proposed method.
In this research, the dynamic stability of an orthotropic elastic conical shell, with elasticity moduli and density varying in the thickness direction, subject to a uniform external pressure which is a power function of time, has been studied. After giving the fundamental relations, the dynamic stability and compatibility equations of a nonhomogeneous elastic orthotropic conical shell, subject to a uniform external pressure, have been derived. Applying Galerkin's method, these equations have been transformed to a pair of time dependent differential equations with variable coefficients. These differential equations are solved using the method given by Sachenkov and Baktieva (1978). Thus, general formulas have been obtained for the dynamic and static critical external pressures and the pertinent wave numbers, critical time, critical pressure impulse and dynamic factor. Finally, carrying out some computations, the effects of the nonhomogeneity, the loading speed, the variation of the semi-vertex angle and the power of time in the external pressure expression on the critical parameters have been studied.
In this paper a vibration study on orthotropic elliptic paraboloid shells with openings is carried out by using a hybrid stress finite element. The formulation of the element is based on Hellinger-Reissner variational principle. The element is developed by combining a hybrid plane stress element and a hybrid plate element. Natural frequencies of orthotropic elliptic paraboloid shells with and without openings are presented. The influence of aspect ratio, height ratio, opening ratio and material angle on the frequencies and mode shapes are investigated.
This paper deals with the non-axisymmetric dynamic response of an imperfectly bonded buried orthotropic pipeline subjected to longitudinal wave (P-wave) excitation. An infinite cylindrical shell model, including the rotary inertia and shear deformation effects, has been used for the pipeline. For some cases comparison of axisymmetric and non-axisymmetric responses have also been furnished.
본 연구에서는 적층 복합재 원통쉘의 동적특성을 검토한다. 복합재료 원통 쉘의 설계에서 주요 관심 대상인 직교이방성 변수가 진동특성과 어떤 관계를 갖는지 알아보기 위하여 직교이방성이론으로 한정시켜 해석하였다. 지배방정식은 면내관성 항을 고려한 Donnell 운동방정식을 사용하며, 진동수방정식은 Rayleigh-Ritz법을 이용 하여 유도하였다. 임의의 경계조건에 적용될 수 있도록 보특성함수를 사용하여 고유 진동수를 간단히 구하였다. 기존의 연구자들이 채용한 복합재료의 물성치들과 복합 재 원통쉘의 고유진동수사이에 어떤관계가 있는지 규명하도록 하였다.
Cattabiani, Alessandro;Barbarulo, Andrea;Riou, Herve;Ladeveze, Pierre
Advances in aircraft and spacecraft science
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제3권3호
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pp.317-330
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2016
Nowadays, the interest of aerospace and automotive industries on virtual testing of medium-frequency vibrational behavior of shallow shell structures is growing. The development of software capable of predicting the vibrational response in such frequency range is still an open question because classical methods (i.e., FEM, SEA) are not fully suitable for the medium-frequency bandwidth. In this context the Variational Theory of Complex Rays (VTCR) is taking place as an ad-hoc technique to address medium-frequency problems. It is a Trefftz method based on a weak variational formulation. It allows great flexibility because any shape function that satisfies the governing equations can be used. This work further develops such theory. In particular, orthotropic materials are introduced in the VTCR formulation for shallow shell structures. A significant numerical example is proposed to show the strategy.
Vibration is expected to occur in microtubules as tubular heterodimers. They oscillate like electric dipoles. Several research studies have estimated a frequency of vibration using the orthotropic model, a beam or rod like models and shell models, considering the surface forces. The effects of body forces on the dynamics of the microtubules were not yet taken into account. This study seeks to capture the body force effects on the vibration modes generated and on the corresponding frequency for microtubules. An orthotropic elastic shell model for the structural details of microtubules is used for the analysis. The tests are conducted out for microtubules, exposed to electro-magnetic and gravitational forces, the transverse vibration, radial mode vibration, and axial mode of vibration have accomplished. We therefore, evaluate and compare microtubules' frequencies with prior results of vibration frequency without the effects of body force.
The stress analysis on orthotropic composite cylindrical shells with one circular or one elliptical cutout subjected to an axial force is carried out by using an analytical and experimental method. The composite cylindrical shell governing equation of the Donnell's type is applied to this study and all results are presented by the stress concentration factor. The stress concentration factor is defined as the ratio of the stress on the region around a cutout to the nominal stress of the shell. The stress concentration factor is classified into the circumferential stress concentration factors and the radial stress concentration factors due to the cylindrical coordinate of which the origin is the center of a cutout. The considered loading condition is only axial tension loading condition. In this study, thus, the maximum stress is induced on perpendicular region against axial direction, on the coordinate. Various cutout sizes are expressed using the radius ratio, (equation omitted), which is the radius of a cutout over one of the cylindrical shell. Experimental results are obtained using strain gages, which are attached around a cutout of the cylindrical shell. As the result from this study, the stress concentration around a cutout can be predicted by using the analytical method for an orthotropic composite cylindrical shell having a circular or an elliptical cutout.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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