Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
/
v.70
no.6
/
pp.737-750
/
2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
Simplified analytical solutions are developed for the dynamic analyses of an axially loaded pile foundation embedded in a transverse-isotropic, fluid-filled, poro-visco-elastic soil with rigid substratum. The pile is modeled as a viscoelastic Rayleigh-Love rod, while the surrounding soil is regarded as a transversely isotropic, liquid-saturated, viscoelastic, porous medium of which the mechanical behavior is represented by the Boer's poroelastic media model and the fractional derivative model. Upon the separation of variables, the frequency-domain responses for the impedance function of the pile top, and the vertical displacement and the axial force along the pile shaft are gained. Then by virtue of the convolution theorem and the inverse Fourier transform, the time-domain velocity response of the pile head is derived. The presented solutions are validated, compared to the existing solution, the finite element model (FEM) results, and the field test data. Parametric analyses are made to show the effect of the soil anisotropy and the excitation frequency on the pile-soil dynamic responses.
Cui, Chunyi;Zhang, Shiping;Chapman, David;Meng, Kun
Geomechanics and Engineering
/
v.15
no.2
/
pp.793-803
/
2018
Based on the theory of porous media, an interaction system of a floating pile and a saturated soil in cylindrical coordinates subjected to vertical harmonic load is presented in this paper. The surrounding soil is separated into two distinct layers. The upper soil layer above the level of pile base is described as a saturated viscoelastic medium and the lower soil layer is idealized as equivalent spring-dashpot elements with complex stiffness. Considering the cylindrically symmetry and the pile-soil compatibility condition of the interaction system, a frequency-domain analytical solution for dynamic impedance of the floating pile embedded in saturated viscoelastic soil is also derived, and reduced to verify it with existing solutions. An extensive parametric analysis has been conducted to reveal the effects of the impedance of the lower soil base, the interaction coefficient and the damping coefficient of the saturated viscoelastic soil layer on the vertical vibration of the pile-soil interaction system. It is shown that the vertical dynamic impedance of the floating pile significantly depends on the real stiffness of the impedance of the lower soil base, but is less sensitive to its dynamic damping variation; the behavior of the pile in poro-visco-elastic soils is totally different with that in single-phase elastic soils due to the existence of pore liquid; the effect of the interaction coefficient of solid and liquid on the pile-soil system is limited.
A smart hollow cylinder consisting of a host functionally graded elastic core layer and two surface homogeneous piezoelectric layers is presented in this paper. The bonding between the layers can be perfect or imperfect, depending on the parameters taken in the general linear spring-layer interface model. The effect of such weak interfaces on free vibration and steady-state response is then investigated. Piezoelectric layers at inner and outer surfaces are polarized axially or radially and act as a sensor and an actuator respectively. For a simply supported condition, the state equations with non-constant coefficients are obtained directly from the formulations of elasticity/piezoelasticity. An approximate laminated model is then introduced for the sake of solving the state equations conveniently. It is further assumed that the hollow cylinder is embedded in an elastic medium and is simultaneously filled with compressible fluid. The interaction between the structure and its surrounding media is taken into account. Numerical examples are finally given with discussions on the effect of some related parameters.
Jienan, Pan;Zhaoping, Meng;Quanlin, Hou;Yiwen, Ju;Guofu, Li
Geomechanics and Engineering
/
v.1
no.2
/
pp.143-154
/
2009
Many factors influence occurrences of rock burst in coal mines, such as mining methods, control methods of the coal roof, lithological characteristics of the roof and floor, tectonic stress, groundwater and so on. Among those factors, lithological characteristics in the roof are the intrinsic controlling factors that affect rock burst during coal mining. Tangshan colliery is one of the coal mines that have suffered seriously from rock bursts in China. In this paper, based on the investigating the lithological characteristics of coal roofs and occurrence of rock bursts in Tangshan colliery, a numerical method is used to study the influence of roof lithological characteristics on rock burst potential. The results show that the lithological characteristics in the roof have an important impact on the distributions of stresses and elastic strain energy in coal seams and their surrounding rocks. Occurrences of rock bursts in this colliery have a close correlation with the thick-bedded, medium- to fine-grained sandstones in the roof. Such strata can easily cause severe stress concentration and accumulate enough energy to trigger rock bursts in the working face during mining operations.
Acoustic radiation from a submerged elastic shell with an internal fluid surrounded by the bubble layer is studied with the modal theory. An omni-directional point source located on the center of the internal fluid is used as acoustic noise source. The unknown coefficients of modal solutions are solved using the interface conditions between media. To preserve the stability of the modal solution over wide frequency ranges, the scaled technique of modal solution is used. The bubble layer is modeled with four kinds of bubble distribution; uni-modal distribution, uniform distribution, normal distribution, and power-law distribution, based on the effective medium theory of Commander and Prosperetti. For each bubble distribution, the insertion losses are mainly calculated for the frequency. In addition, the numerical simulations are performed depending in the bubble void fraction, the material property of elastic shell, and the gap between the bubble layer and the elastic shell.
Shield tunnel having circular section located in the soil or soft rock layer is liable to deform in such a way that its two diagonal diameters crossing each other expand and contract alternately during earthquakes. Based on this knowledge, the ground-tunnel interaction effect for this particular vibration mode is investigated. The ground surrounding a tunnel is assumed to be a homogeneous elastic medium. The bonded boundary condition on the ground-tunnel interface is considered. This suggests a firm bond between the ground and the tunnel lining. As Poisson's ratio and stiffness of the ground increases, the strain induced within the tunnel lining increases.
Based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), the authors present a nonlocal Timoshenko beam theory (TBT) for the nonlinear free vibration analysis of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) embedded in an elastic medium. In this formulation, four different edge conditions of the embedded MWCNT are considered, two different models with regard to the van der Waals interaction between each pair of walls constituting the MWCNT are considered, and the interaction between the MWCNT and its surrounding medium is simulated using the Pasternak-type foundation. The motion equations of an individual wall and the associated boundary conditions are derived using Hamilton's principle, in which the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometrical nonlinearity is considered. Eringen's nonlocal elasticity theory is used to account for the effects of the small length scale. Variations of the lowest frequency parameters with the maximum modal deflection of the embedded MWCNT are obtained using the differential quadrature method in conjunction with a direct iterative approach.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, G.A.
Steel and Composite Structures
/
v.23
no.6
/
pp.691-714
/
2017
Rotating fluid induced vibration and instability of embedded piezoelectric nano-composite separators subjected to magnetic and electric fields is the main contribution of present work. The separator is modeled with cylindrical shell element and the structural damping effects are considered by Kelvin-Voigt model. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are used as reinforcement and effective material properties are obtained by mixture rule. The perturbation velocity potential in conjunction with the linearized Bernoulli formula is used for describing the rotating fluid motion. The orthotropic surrounding elastic medium is considered by spring, damper and shear constants. The governing equations are derived on the bases of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The nonlinear frequency and critical angular fluid velocity are calculated by differential quadrature method (DQM). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the stability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency and critical angular fluid velocity are increased.
First-order reliability method (FORM) is enhanced based on the search direction using relaxed conjugate reliability (RCR) approach for the embedded nanocomposite beam under buckling failure mode. The RCR method is formulated using discrete conjugate map with a limited scalar factor. A dynamical relaxed factor is proposed to control instability of proposed RCR, which is adjusted using sufficient descent condition. The characteristic of equivalent materials for nanocomposite beam are obtained by micro-electro-mechanical model. The probabilistic model of nanocomposite beam is simulated using the sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The beam is subjected to external applied voltage in thickness direction and the surrounding elastic medium is modeled by Pasternak foundation. The governing equations are derived in terms of energy method and Hamilton's principal. Using exact solution, the implicit buckling limit state function of nanocomposite beam is proposed, which is involved various random variables including thickness of beam, length of beam, spring constant of foundation, shear constant of foundation, applied voltage, and volume fraction of ZnO nanoparticles in polymer. The robustness, accuracy and efficiency of proposed RCR method are evaluated for this engineering structural reliability problem. The results demonstrate that proposed RCR method is more accurate and robust than the excising reliability methods-based FORM. The volume fraction of ZnO nanoparticles and the applied voltage are the sensitive variables on the reliable levels of the nanocomposite beams.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.