Arani, Ali Ghorbanpour;Kolahchi, Reza;Esmailpour, Masoud
Smart Structures and Systems
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v.18
no.4
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pp.787-800
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2016
The aim of the paper is to analyze nonlinear transverse vibration of an embedded piezoelectric plate reinforced with single walled carbon nanotubes (SWCNTs). The system in rested in a Pasternak foundation. The micro-electro-mechanical model is employed to calculate mechanical and electrical properties of nanocomposite. Using nonlinear strain-displacement relations and considering charge equation for coupling between electrical and mechanical fields, the motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. These equations can't be solved analytically due to their nonlinear terms. Hence, differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing differential equations for the case when all four ends are clamped supported and free electrical boundary condition. The influences of the elastic medium, volume fraction and orientation angle of the SWCNTs reinforcement and aspect ratio are shown on frequency of structure. The results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency increases. This study might be useful for the design and smart control of nano/micro devices such as MEMS and NEMS.
Magneto-rheological fluids and magneto-strictive materials are of the well-known smart materials which are used to control and reduce the vibrations of the structures. Vibration analysis of a smart annular three-layered plate is provided in this work. MR fluids are used as the core's material type and the face sheets are made from MS materials and is assumed they are fully bonded to each other. The structure is rested on visco-Pasternak foundation and also is subjected to a transverse magnetic field. The governing motion equations are derived based on CPT and employing Hamilton's principle and are solved via GDQ as a numerical method for various boundary conditions. Effect of different parameters on the results are considered and discussed in detail. One of the salient features of this work is the consideration of MR fluids as the core, MS materials as the faces, and all of them under magnetic field. The outcomes of this study may be led to design and create smart structures such as sensors, actuators and also dampers.
Cao, Yan;Musharavati, Farayi;Baharom, Shahrizan;Talebizadehsardari, Pouyan;Sebaey, Tamer A.;Eyvazian, Arameh;Zain, Azlan Mohd
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.253-258
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2020
Vibration response in a sandwich plate with a nanocompiste core covered by magnetic layer is presented. The core is armed by functionalyy graded-carbon nanotubes (FG-CNTs) where the Mori-Tanaka law is utilized assuming agglomeration effects. The structure plate is located on elastic medium simulated by Pasternak model. The governing equations are derived based on Mindlin theory and Hamilton's principle. Utilizing diffrential quadrature method (DQM), the frequency of the structure is calculated and the effects of magnetic layer, volume percent and agglomeration of CNTs, elastic medium and geometrical parameters of structure are shown on the frequency of system. Results indicate that with considering magnetic layer, the frequency of structure is increased.
A modified Pagano method is developed for the three-dimensional (3D) free vibration analysis of simply-supported, multilayered functionally graded material (FGM) circular hollow cylinders with a constant rotational speed with respect to the meridional direction of the cylinders. The material properties of each FGM layer constituting the cylinders are regarded as heterogeneous through the thickness coordinate, and then specified to obey a power-law distribution of the volume fractions of the constituents, and the effects of centrifugal and Coriolis accelerations, as well as the initial hoop stress due to rotation, are considered. The Pagano method, which was developed for the static and dynamic analyses of multilayered composite plates, is modified in that a displacement-based formulation is replaced by a mixed formulation, the complex-valued solutions of the system equations are transferred to the real-valued solutions, a successive approximation method is adopted to extend its application to FGM cylinders, and a propagator matrix method is developed to reduce the time needed for its implementation. These modifications make the Pagano method feasible for multilayered FGM cylinders, and the computation in the implementation is independent of the total number of the layers, thus becoming less time-consuming than usual.
Kim, Kook-Hyun;Kim, Byung-Hee;Choi, Tae-Muk;Cho, Dae-Seung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.3
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pp.267-280
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2012
An approximate method based on an assumed mode method has been presented for the free vibration analysis of a rectangular plate with arbitrary edge constraints. In the presented method, natural frequencies and their mode shapes of the plate are calculated by solving an eigenvalue problem of a multi-degree-of-freedom system matrix equation derived by using Lagrange's equations of motion. Characteristic orthogonal polynomials having the property of Timoshenko beam functions which satisfies edge constraints corresponding to those of the objective plate are used. In order to examine the accuracy of the proposed method, numerical examples of the rectangular plates with various thicknesses and edge constraints have been presented. The results have shown good agreement with those of other methods such as an analytic solution, an approximate solution, and a finite element analysis.
Composite laminated structures supported on elastic foundations are being increasingly used in a great variety of engineering applications. Composites exhibit larger dispersion in their material properties compared to the conventional materials due to large number of parameters associated with their manufacturing and fabrication processes. And also the dispersion in elastic foundation stiffness parameter is inherent due to inaccurate modeling and determination of elastic foundation properties in practice. For a better modeling of the material properties and foundation, these are treated as random variables. This paper deals with effects of randomness in material properties and foundation stiffness parameters on the free vibration response of laminated composite plate resting on an elastic foundation. A $C^0$ finite element method has been used for arriving at an eigen value problem. Higher order shear deformation theory has been used to model the displacement field. A mean centered first order perturbation technique has been employed to handle randomness in system properties for obtaining the stochastic characteristic of frequency response. It is observed that small amount of variations in random material properties and foundation stiffness parameters significantly affect the free vibration response of the laminated composite plate. The results have been compared with those available in the literature and an independent Monte Carlo simulation.
Recently, The demands for the reduction of noise generated by transformers have been increasing. Almost all of the noise generated by transformers is a result of magnetostricitive vibration in the core. The noise radiates into the atmosphere from the tank through the insulation oil. As the noise of transformer irritates residents, needs for decreasing the noise of transformer have been arised. One method of reduction such a noise is to build a free-standing enclosure of concrete and steel plates around the transformer. However, this method has some disadvantages. Another method of noise reduction is to mount a close-fitting sound insulation panel on the side of a transformer tank. Side plate vibrations of transformer are transmitted to such a sound insulation panel along two paths. In one case, they are transmitted through air by sound pressure and in the other through supporting structures. In the paper, the vibration and noise effect which is transferred from reinforce channel to insulation panel generated by transformer have been identified for the several kinds of insulation panel and damping sheet analytically and experimetally.
In this article, the free vibration analysis of annular sandwich plates with various functionally graded (FG) porous cores and carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) facesheets is investigated based on modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theories (FSDT). The annular sandwich plate is composed of two face layers and a functionally graded porous core layer which contains different porosity distributions. Various approaches such as extended mixture rule (EMR), Eshelby-Mori-Tanaka (E-M-T), and Halpin-Tsai (H-T) are used to determine the effective material properties of microcomposite circular sandwich plate. The governing equations of motion are extracted by using Hamilton's principle and FSDT. A Ritz method has been utilized to calculate the natural frequency of an annular sandwich plate. The effects of material length scale parameters, boundary conditions, aspect and inner-outer radius ratios, FG porous distributions, pore compressibility and volume fractions of CNTs are considered. The results are obtained by Ritz solutions that can be served as benchmark data to validate their numerical and analytical methods in the future work and also in solid-state physics, materials science, and micro-electro-mechanical devices.
A series of wind tunnel tests, including 1:50 sectional model tests, 1:50 free-standing bridge tower tests and 1:70 full-bridge aeroelastic model tests were carried out to systematically investigate the aerodynamic performance of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge (HZMB). The test result indicates that there are three wind-resistant safety issues the HZMB encounters, including unacceptable low flutter critical wind speed, vertical vortex-induced vibration (VIV) of the main girder and galloping of the bridge tower in across-wind direction. Wind-induced vibration of HZMB can be effectively suppressed by the application of aerodynamic and mechanical measures. Acceptable flutter critical wind speed is achieved by optimizing the main girder form (before: large cantilever steel box girder, after: streamlined steel box girder) and cable type (before: central cable, after: double cable); The installations of wind fairing, guide plates and increasing structural damping are proved to be useful in suppressing the VIV of the HZMB; The galloping can be effectively suppressed by optimizing the interior angle on the windward side of the bridge tower. The present works provide scientific basis and guidance for wind resistance design of the HZMB.
Due to the complexity of the structure and the limits of classical SEA, a combined SEA approach is employed, with angle-dependent SEA in the low- and mid-frequency ranges and advanced SEA (ASEA) considering indirect coupling in the high-frequency range. As an important component of the steel box girder, the dynamic response of an L-junction periodic ribbed plate is calculated first by the combined SEA and validated by the impact hammer test and finite element method (FEM). Results show that the indirect coupling due to the periodicity of stiffened plate is significant at high frequencies and may cause the error to reach 38.4 dB. Hence, the incident bending wave angle cannot be ignored in comparison to classical SEA. The combined SEA is then extended to investigate the vibration properties of the steel box girder. The bending wave transmission study is likewise carried out to gain further physical insight into indirect coupling. By comparison with FEM and classical SEA, this approach yields good accuracy for calculating the dynamic responses of the steel box girder made of periodic ribbed plates in a wide frequency range. Furthermore, the influences of some important parameters are discussed, and suggestions for vibration and noise control are provided.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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