This paper describes a 2D nonlinear finite element analysis (NLFEA) platform that combines heat flow analysis with realistic analysis of cracked reinforced concrete structures. The behavior models included in the structural analysis are mainly based on the Modified Compression Field Theory and the Distributed Stress Field Model. The heat flow analysis takes into account time-varying thermal loads and temperature-dependent material properties. The capability of 2D nonlinear transient thermal analysis is then implemented into a nonlinear finite element analysis program VecTor2(C) for 2D reinforced concrete membranes. Analyses of four numerical examples are performed using VecTor2, and results obtained indicate that the suggested nonlinear finite element analysis procedure is capable of modeling the complete response of a concrete structure to thermal and mechanical loads.
In this paper, geometrically nonlinear static analysis of laminated composite beams is investigated under hygrothermal effect. In the solution of problem, the finite element method is used within the first shear beam theory. Total Lagrangian approach is used nonlinear kinematic model. The geometrically nonlinear formulations are developed for the laminated beams with hygro-thermal effects. In the nonlinear solution of the problem, the Newton-Raphson method is used with incremental displacement. In order to verify of obtained formulations, a comparison study is performed. The effects of the fiber orientation angles, the stacking sequence of laminates, temperature rising and moisture changes on the nonlinear static displacements and configurations of the composite laminated beam are investigated in the numerical results.
In this paper, nonlinear displacements of laminated composite beams are investigated under non-uniform temperature rising with temperature dependent physical properties. Total Lagrangian approach is used in conjunction with the Timoshenko beam theory for nonlinear kinematic model. Material properties of the laminated composite beam are temperature dependent. In the solution of the nonlinear problem, incremental displacement-based finite element method is used with Newton-Raphson iteration method. The distinctive feature of this study is nonlinear thermal analysis of Timoshenko Laminated beams full geometric non-linearity and by using finite element method. In this study, the differences between temperature dependent and independent physical properties are investigated for laminated composite beams for nonlinear case. Effects of fiber orientation angles, the stacking sequence of laminates and temperature on the nonlinear displacements are examined and discussed in detail.
This paper deals with the nonlinear static deflections of functionally graded (FG) porous under thermal effect. Material properties vary in both position-dependent and temperature-dependent. The considered nonlinear problem is solved by using Total Lagrangian finite element method within two-dimensional (2-D) continuum model in the Newton-Raphson iteration method. In numerical examples, the effects of material distribution, porosity parameters, temperature rising on the nonlinear large deflections of FG beams are presented and discussed with porosity effects. Also, the effects of the different porosity models on the FG beams are investigated in temperature rising.
Studying the dynamic behavior of axially moving cylindrical shells in hygro-thermal environments has important theoretical and engineering value for aircraft design. Therefore, in this paper, considering hygro-thermal effect, the nonlinear forced vibration of an axially moving cylindrical shell made of functionally graded materials (FGM) is studied. It is assumed that the material properties vary continuously along the thickness and contain pores. The Donnell thin shell theory is used to derive the motion equations of FGM cylindrical shells with hygro-thermal loads. Under the four sides clamped (CCCC) boundary conditions, the Gallekin method and multi-scale method are used for nonlinear analysis. The effects of power law index, porosity coefficient, temperature rise, moisture concentration, axial velocity, prestress, damping and external excitation amplitude on nonlinear forced vibration are explored through parametric research. It can be found that, the changes in temperature and humidity have a significant effect. Increasing in temperature and humidity will cause the resonance position to shift to the left and increase the resonance amplitude.
This paper describes the improvement of thermal power plant turbine control system by analyzing nonlinear characteristics. The turbine control depends on the frequency variation and boiler condition. The nonlinearity of turbine control is the result of governor/valve properties, steam condition and boiler thermal unbalance. Nonlinear analysis is divided into two; main steam valve position - turbine output anal governor response. Of course, every analysis must be done on considering plant operating condition. In this paper, after analyzing turbine control nonlinearity by numerical method and actual results, the sensitive operating load which corresponds to frequency is proposed, on guarranteed boiler stability. This idea is implemented at Pyung Tack thermal power plant, and the practical results are showed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2574-2581
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1993
A Shadow mask in C. R. T. (Cathod Ray Tube) undergoes a temperature increase due to impinging electron beams emitted from guns, and thermal deformation from such temperature rise may cause the electron beams to island on the panel, and thus give rise to depolarization. Hence the analysis of temperature distribution for a shadow mask is an important procedure for designing the shadow mask. In this paper, we are concerned with nonlinear finite element analysis of the temperature distribution on a shadow mask. First of all, we replace shadow mask, containing numerous apertures of a slit type, by an orthotropic shell without apertures, and calculate the apparent thermal conductivities. Because of thermal radiation, which is one of the major heat transfer mechanism for shadow masks, the resulting finite element equation is nonlinear and solved by the Newton method. Finally numerical examples are illustrated for a 21" FST(Full Square Tube) shadow mask, and followed by discussion.sion.
The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
Xu, Chen;Jing-Lei, Zhao;Gui-Lin, She;Yan, Jing;Hua-Yan, Pu;Jun, Luo
Steel and Composite Structures
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v.45
no.5
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pp.641-652
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2022
Fluid-conveying tubes are widely used to transport oil and natural gas in industries. As an advanced composite material, functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTRC) have great potential to empower the industry. However, nonlinear free vibration of the FG-CNTRC fluid-conveying pipe has not been attempted in thermal environment. In this paper, the nonlinear free vibration characteristic of functionally graded nanocomposite fluid-conveying pipe reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWNTs) in thermal environment is investigated. The SWCNTs gradient distributed in the thickness direction of the pipe forms different reinforcement patterns. The material properties of the FG-CNTRC are estimated by rule of mixture. A higher-order shear deformation theory and Hamilton's variational principle are employed to derive the motion equations incorporating the thermal and fluid effects. A two-step perturbation method is implemented to obtain the closed-form asymptotic solutions for these nonlinear partial differential equations. The nonlinear frequencies under several reinforcement patterns are presented and discussed. We conduct a series of studies aimed at revealing the effects of the flow velocity, the environment temperature, the inner-outer diameter ratio, and the carbon nanotube volume fraction on the nature frequency.
Ali, Hayder A.K.;Al-Toki, Mouayed H.Z.;Fenjan, Raad M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in Computational Design
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v.7
no.2
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pp.99-112
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2022
This research has been devoted to examine nonlinear static bending analysis of smart beams with nano dimension exposed to thermal environment. The beam elastic properties are corresponding to piezo-magnetic material of different compositions. The large deflection analysis of the beam has been performed assuming that the beam is exposed to transverse uniform pressure. Based on the rule of Hamilton, the governing equations have been derived for a nonlocal thin beam and solved using differential quadrature method. Temperature variation effect on nonlinear deflection of the smart beams has been studied. Also, the beam deflection is shown to be affected by electric voltage, magnetic intensity and material composition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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