In this paper thermo-mechanical vibration analysis of a porous functionally graded (FG) Timoshenko beam in thermal environment with various boundary conditions are performed by employing a semi analytical differential transform method (DTM) and presenting a Navier type solution method for the first time. The temperature-dependent material properties of FG beam are supposed to vary through thickness direction of the constituents according to the power-law distribution which is modified to approximate the material properties with the porosity phases. Also the porous material properties vary through the thickness of the beam with even and uneven distribution. Two types of thermal loadings, namely, uniform and linear temperature rises through thickness direction are considered. Derivation of equations is based on the Timoshenko beam theory in order to consider the effect of both shear deformation and rotary inertia. Hamilton's principle is applied to obtain the governing differential equation of motion and boundary conditions. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of several parameters such as porosity distributions, porosity volume fraction, thermal effect, boundary conditions and power-low exponent on the natural frequencies of the FG beams in detail. It is explicitly shown that the vibration behavior of porous FG beams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve benchmarks for future analyses of FG beams with porosity phases.
In this paper, oil-paper samples composed of transformer windings were used to investigate the insulation degradation process subjected to partial discharge (PD), with artificial defects inside to simulate the PD induced insulation degradation. To determine appropriate test voltages, the breakdown time obtained through a group of accelerated electrical degradation tests under high voltages was firstly fitted by two-parameter Weibull model to acquire the average breakdown time, which was then applied to establish the inverse power law life model to choose advisable test voltages. During the electrical degradation process, PD signals were synchronously detected by an ultra-high frequency (UHF) sensor from inception to breakdown. For PD analysis, the whole degradation process was divided into ten stages, and chaos theory was introduced to analyze the variation of three chaotic parameters with the development of electrical degradation, namely the largest Lyapunov exponent, correlation dimension and Komogorov entropy of PD amplitude time series. It is shown that deterministic chaos of PD is confirmed during the oil-paper degradation process, and the obtained results provide a new effective tool for the diagnosis of degradation of oil-paper insulation subjected to PD.
In this paper, a new displacement field based on quasi-3D hybrid-type higher order shear deformation theory is developed to analyze the static and dynamic response of exponential (E), power-law (P) and sigmoïd (S) functionally graded beams. Novelty of this theory is that involve just three unknowns with including stretching effect, as opposed to four or even greater numbers in other shear and normal deformation theories. It also accounts for a parabolic distribution of the transverse shear stresses across the thickness, and satisfies the zero traction boundary conditions at beams surfaces without introducing a shear correction factor. The beam governing equations and boundary conditions are determined by employing the Hamilton's principle. Navier-type analytical solutions of bending and free vibration analysis are provided for simply supported beams subjected to uniform distribution loads. The effect of the sigmoid, exponent and power-law volume fraction, the thickness stretching and the material length scale parameter on the deflection, stresses and natural frequencies are discussed in tabular and graphical forms. The obtained results are compared with previously published results to verify the performance of this theory. It was clearly shown that this theory is not only accurate and efficient but almost comparable to other higher order shear deformation theories that contain more number of unknowns.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.6
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pp.117-125
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1998
The paper attempts to estimate the incubation time of a cavity in the interface between a power law creep particle and an elastic matrix subjected to a uniaxial stress. Since the power law creep particle is time dependent, the stresses in the interface relax. The volume free energy associated with Helmholtz free energy includes strain energies caused by applied stress and dislocations piled up in interface(DPI). The energy due to DPI is found by modifying the result of Dundurs and Mura[4]. The volume free energies caused by both applied stress and DPI are a function of the cavity size(r) and elapsed time(t) and arise from stress relaxation in the interface. Critical radius $r^*$ and incubation time $t^*$ to maximise Helmholtz free energy is found in present analysis. Also, kinetics of cavity formation are investigated using the results obtained by Riede [7]. The incubation time is defined in the analysis as the time required to satisfy both the thermodynamic and kinetic conditions. Through the analysis it is found that 1) strain energy caused by the applied stress does not contribute significantly to the thermodynamic and kinetic conditions of a cavity formation, 2) in order to satisfy both thermodynamic and kinetic conditions, critical radius $r^*$ decreases or holds constant with increase of the time until the kinetic condition(eq. 2.3) is satisfied. there for the cavity may not grow right after it is formed, as postulated by Harris [15], and Ishida and Mclean [16], 3) the effects of strain rate exponent (m), material constant $\sigma$0, volume fraction of the particle to matrix(f)and particle size on the incubation time are estimated using material constants of the copper as matrix.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.6
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pp.1380-1386
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2015
Recently, the importance of users' geographic location information has been highlighted with a rapid increase of online social network services. In this paper, by utilizing geo-tagged tweets that provides high-precision location information of users, we first identify both Twitter users' exact location and the corresponding timestamp when the tweet was sent. Then, we analyze a relationship between the tweet frequency and the average user velocity. Specifically, we introduce a tweet-frequency computing algorithm, and show analysis results by country and by city. As a main result, it is shown that the tweet frequency according to user velocity follows a power-law distribution (i.e., Zipf' distribution or a Pareto distribution). In addition, by performing a comparison between the United States and Japan, one can see that the exponent of the distribution in Japan is smaller than that in the United States.
Crandell, Jay H.;Farkas, William;Lyons, James M.;Freeborne, William
Wind and Structures
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v.3
no.3
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pp.143-158
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2000
This report presents the findings of a one-year monitoring effort to empirically characterize and evaluate the nature of near-ground winds for structural engineering purposes. The current wind engineering practice in the United States does not explicitly consider certain important near-ground wind characteristics in typical rough terrain conditions and the possible effect on efficient design of low-rise structures, such as homes and other light-frame buildings that comprise most of the building population. Therefore, near ground wind data was collected for the purpose of comparing actual near-ground wind characteristics to the current U.S. wind engineering practice. The study provides data depicting variability of wind speeds, wind velocity profiles for a major thunderstorm event and a northeaster, and the influence of thunderstorms on annual extreme wind speeds at various heights above ground in a typical rough environment. Data showing the decrease in the power law exponent with increasing wind speed is also presented. It is demonstrated that near-ground wind speeds (i.e., less than 10 m above ground) are likely to be over-estimated in the current design practice by as much as 20 percent which may result in wind load over-estimate of about 50% for low-rise buildings in typical rough terrain. The importance of thunderstorm wind profiles on determination of design wind speeds and building loads (particularly for buildings substantially taller than 10 m) is also discussed. Recommendations are given for possible improvements to the current design practice in the United States with respect to low-rise buildings in rough terrain and for the need to study the impact of thunderstorm gust profile shapes on extreme value wind speed estimates and building loads.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1713-1721
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1994
Intermetallic-matrix composites(IMCs) have the potential of combing matrix properties of oxidation resistance and high temperature stability with reinforcement properties of high specific strength and modulus. One of the major limiting factors for successful applications of these composite at high temperatures is the formation of interfacial reactions between matrix and ceramic reinforcement during composite process and during service. The purpose of the present investigation is to develop a better understanding of the nature of creep fracture mechanisms in a $Ni_{3}Al$ composite reinforced with both $TiB_{2}$ and SiC particulates. Emphasis is placed in the roles of the products of the reactions in determining the creep lifetime of the composite. In the present study, creep rupture specimens were tested under constant ranging from 180 to 350 MPa in vacuum at $760^{\cric}C$. The experimental data reveal that the stress exponent for power law creep for the composite is 3.5, a value close to that for unreinforced $Ni_{3}Al$. The microstructural observations reveal that most of the cavities lie on the grain boundaries of the $Ni_{3}Al$ matrix as opposed to the large $TiB_{2}/Ni_{3}Al$ interfaces, suggesting that cavities nucleate at fine carbides that lie in the $Ni_{3}Al$ grain boundaries as a result of the decomposition of the $SiC_{p}$. This observation accounts for the longer rupture times for the monolicthic $Ni_{3}Al$ as compared to those for the $Ni_{3}Al/SiC_{p}/TiB_{2} IMC$. Finally, it is suggested that creep deformation in matrix appears to dominate the rupture process for monolithic $Ni_{3}Al$, whereas growth and coalescence of cavities appears to dominate the rupture process for the composite.
This paper describes the high temperature creep characteristics for virgin material of 9Cr1MoVNb steel using small punch creep(SP-Creep) test technique which is developing recently. In addition, the several results of SP-Creep test are compared with that of 2.25Cr- 1Mo steel which is widely used as boiler materials and that of conventional uniaxial creep test. The obtained SP-Creep curves show the creep behaviors of three regimes like that obtained from conventional uniaxial creep test, and SP-Creep properties are definitely depended on applied load and test temperature. The correlation of SP-Creep rate and creep rupture life with applied load has been determined like the correlation between creep rate/rupture life and stress in uniaxial creep test, and also is satisfied with Power law. The creep rupture times of newly 9Cr1MoVNb steel are higher than those of 2.25Cr1Mo steel at the same creep temperature and applied loading condition, and the decrease extent of creep rupture life with loads is very lower compared with 2.25Cr1Mo steel.
In this study, we suggest a new method to estimate the mass of a halo coronal mass ejection (CME) using synthetic CMEs. For this, we generate synthetic CMEs based on two assumptions: (1) the CME structure is a full ice-cream cone, (2) the CME electron density follows a power-law distribution (ρcme=ρ0r-n). The power-law exponent n is obtained by minimizing the root mean square error between the electron number density distributions of an observed CME and the corresponding synthetic CME at a position angle of the CME leading edge. By applying this methodology to 57 halo CMEs, we estimate two kinds of synthetic CME mass. One is a synthetic CME mass which considers only the observed CME region (Mcme1), the other is a synthetic CME mass which includes both the observed CME region and the occulted area larger than 4 solar radii (Mcme2). From these two cases, we derive conversion factors which are the ratio of a synthetic CME mass to an observed CME mass. The conversion factor for Mcme1 ranges from 1.4 to 3.0 and its average is 2.0. For Mcme2, the factor ranges from 1.8 to 5.0 with the average of 3.0. These results imply that the observed halo CME mass can be underestimated by about 2 times when we consider the observed CME region, and about 3 times when we consider the region including the occulted area. Interestingly these conversion factors have a very strong negative correlation with angular widths of halo CMEs.We also compare the results with the CME mass estimated from STEREO observations.
We present numerical simulations of decaying hydrodynamic turbulence initially driven by solenoidal (divergence-free) and compressive (curl-free) drivings. Most previous numerical studies for decaying turbulence assume an isothermal equation of state (EOS). Here we use a polytropic EOS, P ∝ ργ, with polytropic exponent γ ranging from 0.7 to 5/3. We mainly aim at determining the effects of γ and driving schemes on the decay law of turbulence energy, E ∝ t-α. We additionally study probability density function (PDF) of gas density and skewness of the distribution in polytropic turbulence driven by compressive driving. Our findings are as follows. First of all, we find that even if γ does not strongly change the decay law, the driving schemes weakly change the relation; in our all simulations, turbulence decays with α ≈ 1, but compressive driving yields smaller α than solenoidal driving at the same sonic Mach number. Second, we calculate compressive and solenoidal velocity components separately and compare their decay rates in turbulence initially driven by compressive driving. We find that the former decays much faster so that it ends up having a smaller fraction than the latter. Third, the density PDF of compressively driven turbulence with γ > 1 deviates from log-normal distribution: it has a power-law tail at low density as in the case of solenoidally driven turbulence. However, as it decays, the density PDF becomes approximately log-normal. We discuss why decay rates of compressive and solenoidal velocity components are different in compressively driven turbulence and astrophysical implication of our findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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