Free vibration of cross-ply laminated plates using a higher-order shear deformation theory is studied. The arbitrary number of layers is oriented in symmetric and anti-symmetric manners. The plate kinematics are based on higher-order shear deformation theory (HSDT) and the vibrational behaviour of multi-layered plates are analysed under simply supported boundary conditions. The differential equations are obtained in terms of displacement and rotational functions by substituting the stress-strain relations and strain-displacement relations in the governing equations and separable method is adopted for these functions to get a set of ordinary differential equations in term of single variable, which are coupled. These displacement and rotational functions are approximated using cubic and quantic splines which results in to the system of algebraic equations with unknown spline coefficients. Incurring the boundary conditions with the algebraic equations, a generalized eigen value problem is obtained. This eigen value problem is solved numerically to find the eigen frequency parameter and associated eigenvectors which are the spline coefficients.The material properties of Kevlar-49/epoxy, Graphite/Epoxy and E-glass epoxy are used to show the parametric effects of the plates aspect ratio, side-to-thickness ratio, stacking sequence, number of lamina and ply orientations on the frequency parameter of the plate. The current results are verified with those results obtained in the previous work and the new results are presented in tables and graphs.
As advanced earthquake design methods using nonlinear static analysis are developed, it is required to estimate precisely the cyclic behavior of reinforced concrete members that is characterized by strength, deformability, and energy dissipation. In a recent study, a simplified method which can estimate accurately the energy dissipation capacity of flexure-dominated RC members subjected to repeated cyclic load was developed. Based on the previously developed method, in the present study, simple equations that can be used for calculating the energy dissipation capacity were derived and verified by the comparison with experimental results. Through parametric study using the proposed equations, effects of axial load, reinforcement ratio, rebar arrangement, md ductility on the dissipated energy were investigated. The proposed equations can accurately estimate the energy dissipation capacity compared with the existing empirical equations, and therefore they will be useful for the nonlinear static analysis/design methods.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.6
no.1
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pp.51-58
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2005
The development of the high-efficiency machine-tools equipment and new cutting tool materials with high hardness, heat- and wear-resistance has opened the way to application of high-speed cutting process. The basic argument of using of high-speed cutting processes is the reduction of time and the respective increase of machining productivity. In this sense, the spindle units may be regarded as one of the most important units, directly affecting many parameters of high-speed machining efficiency. One of the possible types of spindle units for high-speed cutting is the air-bearing type. In this paper, we propose the mathematical model of the dynamic behavior of the air-bearing spindle. To provide the high-level of speed capacity and spindle rotation accuracy we need the adequate model of "spindle-bearings" system. This model should consider characteristics of the interactions between system components and environment. To find the working characteristics of spindle unit we should derive the equations of spindle axis movement under the affecting factors, and solve these equations together with equations which describe the behavior of lubricant layer in bearing (bearing stiffness equations). In this paper, the three influence coefficients are introduced, which describe the center of spindle mass displacement, angle of shaft rotation around the axes under the unit force application and that under the unit torque application. These coefficients are operated in the system of differential equations, which describes the spindle axis spatial movement. This system is solved by Runge-Kutta method. Obtained trajectories and amplitude-frequency characteristics were then compared to experimental ones. The analysis shows good agreement between theoretical and experimental results, which confirms that the proposed model of air-bearing spindle is correctis correct
The paper deals with the study of the dynamics of the oscillating moving ring load acting in the interior of the hollow circular cylinder surrounded by an elastic medium. The axisymmetric loading case is considered and the study is made by employing the exact equations and relations of linear elastodynamics. The focus is on the influence of the oscillation of the moving load and the problem parameters such as the cylinder's thickness/radius ratio on the critical velocities. At the same time, the dependence between the interface stresses and load moving velocity under various frequencies of this load, as well as the frequency response of the mentioned stresses under various load velocity are investigated. In particular, it is established that oscillation of the moving load can cause the values of the critical velocity to decrease significantly and at the same time the oscillation of the moving load can lead to parametric resonance. It is also established that the critical velocity decreases with decreasing of the cylinder's thickness/radiusratio.
The present paper deals with the analysis of combined footings resting on geosynthetic reinforced granular fill overlying stone column improved poor soil. An attempt has been made to study the influence of inclusion of geosynthetic layer on the deflection of the footing. The footing has been idealized as a beam having finite flexural rigidity. Granular fill layer has been represented by Pasternak shear layer and stone columns and poor soil have been represented by nonlinear Winkler springs. Nonlinear behavior of granular fill layer, stone columns and the poor soil has been considered by means of hyperbolic stress strain relationships. Governing differential equations for the soil-foundation system have been derived and solution has been obtained employing finite difference scheme by means of iterative Gauss Elimination method. Results of a detailed parametric study have been presented, for a footing supporting typically five columns, in non-dimensional form in respect of deflection with and without geosynthetic inclusion. Geosynthetic layer has been found to significantly reduce the deflection of the footing which has been quantified by means of parametric study.
This paper presents a numerical analysis procedure and a characteristics for dynamic of cylindrical panels. The panels with simply-simply or simply-clamped edge supports are subjectes to circumferential compressive or flexural stresses. The differential equations governing vibration and dynamic for these panels are derived by using the fundamental differential equation of the Love-Timoshenko and are solved numerically by the Galerkin method. The panel with simply-clamped edge supports is used a trigonometric function or an eigen function of a beam as a trial function and the effects of trial functions on numerical solutions are displayed. Numerical results are presented to demonstrate the effects of the flexural parameters in natural frequencies and coefficients of critical buckling, and some typical mode shapes of vibration and buckling are also presented.
Dynamic equations of motion for the interaction system of bridge and vehicle are derived to investigate the dynamic responses of bridge and vehicles induced by moving automated guide-way transit(AGT) vehicle and surface roughness of bridge. The vehicle model for ACT vehicle is idealized as 11 DOF including yawing, lateral translation and steering of wheels, and the bridges are modeled with finite element method. The AGT vehicle model was verified by experimental study. Parametric studies are carried out to investigate the effect of vehicle speed, surface roughness, stiffness and damping of the suspension system, AGT vehicles and dynamic wheel loads of the AGT vehicles. From the parametric study it can be seen that the dynamic incremental factor of the bridge and dynamic responses of vehicles have a tendency to increase with vehicle speeds, surface roughness and the stiffness of AGT vehicle suspension system. On the other hand those dynamic wheel loads have tendencies to decrease in according to increase of damping of the suspension system.
The purpose of this paper is to study free vibration analysis of thick plates resting on Winkler foundation using Mindlin's theory with shear locking free fourth order finite element, to determine the effects of the thickness/span ratio, the aspect ratio, subgrade reaction modulus and the boundary conditions on the frequency paramerets of thick plates subjected to free vibration. In the analysis, finite element method is used for spatial integration. Finite element formulation of the equations of the thick plate theory is derived by using higher order displacement shape functions. A computer program using finite element method is coded in C++ to analyze the plates free, clamped or simply supported along all four edges. In the analysis, 17-noded finite element is used. Graphs are presented that should help engineers in the design of thick plates subjected to earthquake excitations. It is concluded that 17-noded finite element can be effectively used in the free vibration analysis of thick plates. It is also concluded that, in general, the changes in the thickness/span ratio are more effective on the maximum responses considered in this study than the changes in the aspect ratio.
Park, Yong-Gul;Kang, Yoon-Suk;Go, Dong-Chun;Sung, Deok-Yong
Journal of the Korean Society for Railway
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v.12
no.3
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pp.396-404
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2009
With developing the next generation high speed railway, there need to be plans to make sure of running safety though researchs on the crack and break of rail by rolling contact fatigue. Therefore, this study performed the parametric analysis effecting on the fatigue life of rail using simplified equations. It analyzed the internal stress of rail according to the track quality, train velocity, wheel radius, track stiffness, sleeper space, wheel load. For the more, via the finite element method, it analyzed shear force on the rail head which could be changed by the early length of crack, angle of crack and temperature. As a result, this study continued the main parameter effecting on the fatigue life of rail.
The purpose of this paper is to study shear locking-free parametric earthquake analysis of thick and thin plates using Mindlin's theory, to determine the effects of the thickness/span ratio, the aspect ratio and the boundary conditions on the linear responses of thick and thin plates subjected to earthquake excitations. In the analysis, finite element method is used for spatial integration and the Newmark-${\beta}$ method is used for the time integration. Finite element formulation of the equations of the thick plate theory is derived by using higher order displacement shape functions. A computer program using finite element method is coded in C++ to analyze the plates clamped or simply supported along all four edges. In the analysis, 17-noded finite element is used. Graphs are presented that should help engineers in the design of thick plates subjected to earthquake excitations. It is concluded that 17-noded finite element can be effectively used in the earthquake analysis of thick and thin plates. It is also concluded that, in general, the changes in the thickness/span ratio are more effective on the maximum responses considered in this study than the changes in the aspect ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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