In the present study, tubular polyvinyl chloride (PVC) cortical bone mimics that simulate the cortical shell of long bones were used to validate the axial transmission technique for assessing the cortical thickness by measuring the ultrasonic velocities along the cortical shell of long bones. The ultrasonic velocities in the 9 PVC cortical bone mimics with wall thicknesses from 4.0 to 16.1 mm and inner diameters from 40 to 300 mm were measured as a function of the thickness by using a pair of custom-made transducers with a diameter of 12.7 mm and a center frequency of 200 kHz. In order to clarify the measured behavior, they were also compared with the predictions from a theory of guided waves in thin plates. This phantom study using the PVC cortical bone mimics provides useful insight into the dependencies of ultrasonic velocities on the cortical thickness in human long bones.
The free vibration analysis and design optimization of the rotating composite cylindrical shells with a rectangular cutout are investigated by theoretical method. The Love's thin shell theory is used to derive the frequency equation. The theoretical results are obtained by application of the energy method employing the Rayleigh-Ritz procedure. The used circumferential vibration modes are trigonometric functions, the axial modes are the beam modal functions chosen to satisfy the prescribed boundary conditions. To check the validity, the theoretical results are compared with experimental, FEM and other theoretical results.
The discrete singular convolution (DSC) algorithm for determining the frequencies of the free vibration of single isotropic and orthotropic laminated conical shells is developed by using a numerical solution of the governing differential equations of motion based on Love's first approximation thin shell theory. By applying the discrete singular convolution method, the free vibration equations of motion of the composite laminated conical shell are transformed to a set of algebraic equations. Convergence and comparison studies are carried out to check the validity and accuracy of the DSC method. The obtained results are in excellent agreement with those in the literature.
Cui, Zhenming;Cai, Xin;Ali, H. Elhosiny;Muhsen, Sami
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.283-292
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2022
A nonlinear vibrational analysis of sandwich curved panels having multi-scale face sheets has been performed in this article based on differential quadrature method (DQM). All mechanical properties of multi-scale skins have been established in the context of three-dimensional Mori-Tanaka scheme for which the influences of glass fibers and random carbon nanotubes (CNTs) have been taken into account. The governing equations for sandwich the panel have been developed based upon thin shell formulation in which geometry nonlinearities have been taken into account. Next, DQ approach has been applied to solve the governing equations for determining the relationships of frequencies with deflections for curved panels. It will be demonstrated that the relationships of frequencies with deflections are dependent on the changing of CNT weight fractions, fibers alignment, fibers volume, panel radius and skin thickness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1807-1815
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1992
The vibration characteristic of thin laminated orthotropic cylindrical shell is investigated based on the Donnell theory. The Rayleigh-Ritz variational procedure is employed. For the variety of shell end conditions, the beam characteristic function is used for the axial mode function. The result of the present analysis is in good agreement with some available analytical results and NASTRAN and BOSOR4 calculations. In the present study, the relation between natural frequencies and orthotropic parameter k is investigated. Introducing the frequency parameter, this study shows that the frequency parameter increases as the orthotropic parameter k approaches to one.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.3
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pp.244-252
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2004
The theoretical method is developed to investigate the vibration characteristics for the partially fluid-filled continuous cylindrical shells with the intermediate supports. The intermediate supports are simulated by two types of artificial springs : the translational spring for the translation for each direction and the rotational spring for a rotation. The springs are continuously distributed along the circumferential direction. By allowing the spring stiffness to become very high compared to the stiffness of the structure, the rigid intermediate supports are approximated. In the theoretical procedure, the Love's thin shell theory is adopted to formulate the theoretical model. The frequency equation of the continuous cylindrical shell is derived by the Rayleigh-Ritz approach based on the energy method. Comparison and convergence studies are carried out to verify and establish the appropriate number of series term and the artificial spring stiffness to produce results with an acceptable order of accuracy. The effect of intermediate supports, their positions and fluid level on the natural frequencies and mode shapes are studied.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.394-399
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2005
In this paper, a structural damage identification method (SDIM) is developed to identify the line crack-like directional damages generated within a cylindrical shell. First, the equations of motion fur a damaged cylindrical shell are derived. Based on a theory of continuum damage mechanics, a small material volume containing a directional damage is represented by the effective orthotropic elastic stiffness, which is dependent of the size and the orientation of the damage with respect to the global coordinates. The present SDIM is then derived from the frequency response function (FRF) directly solved from the dynamic equations of the damaged cylindrical shell. In contrast with most existing SDIMs which require the modal parameters measured in both intact and damaged states, the present SDIM requires only the FRF-data measured in damaged state. By virtue of utilizing FRF-data, one may choose as many sets of excitation frequency and FRF measurement point as needed to acquire a sufficient number of equations fer damage identification analysis. The numerically simulated damage identification tests are conducted to study the feasibility of the present SDIM.
The random vibration of saddle membrane structures under wind load is studied theoretically and experimentally. First, the nonlinear random vibration differential equations of saddle membrane structures under wind loads are established based on von Karman's large deflection theory, thin shell theory and potential flow theory. The probabilistic density function (PDF) and its corresponding statistical parameters of the displacement response of membrane structure are obtained by using the diffusion process theory and the Fokker Planck Kolmogorov equation method (FPK) to solve the equation. Furthermore, a wind tunnel test is carried out to obtain the displacement time history data of the test model under wind load, and the statistical characteristics of the displacement time history of the prototype model are obtained by similarity theory and probability statistics method. Finally, the rationality of the theoretical model is verified by comparing the experimental model with the theoretical model. The results show that the theoretical model agrees with the experimental model, and the random vibration response can be effectively reduced by increasing the initial pretension force and the rise-span ratio within a certain range. The research methods can provide a theoretical reference for the random vibration of the membrane structure, and also be the foundation of structural reliability of membrane structure based on wind-induced response.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.123-132
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2010
To overcome the drawback of currently available curved beam theories having non-symmetric thin-walled cross sections, a curved beam theory based on centroid-shear center formulation is presented for the spatially coupled free vibration and elastic analyses. For this, the displacement field is expressed by introducing displacement parameters defined at the centroid and shear center axes, respectively. Next the elastic strain and kinetic energies considering the thickness-curvature effect and the rotary inertia of curved beam are rigorously derived by degenerating the energies of the elastic continuum to those of curved beam. In order to illustrate the validity and the accuracy of this study, FE solutions using the Hermitian curved beam elements are presented and compared with the results by centroid formulation, previous research and ABAQUS's shell elements.
A three-dimensional formulation is proposed to analyze the lateral loading distribution of external actions in high-rise buildings. The method is extended to encompass any combination of bracings, including bracings with open thin-walled cross-sections, which are analyzed in the framework of Timoshenko-Vlasov's theory of sectorial areas. More in detail, the proposed unified approach is a tool for the preliminary stages of structural design. It considers infinitely rigid floors in their own planes, and allows to better understand stress and strain distributions in the different bearing elements if compared to a finite element analysis. Numerical examples, describing the structural response of tall buildings characterized by bracings with different cross-section and height, show the effectiveness and flexibility of the proposed method. The accuracy of the results is investigated by a comparison with finite element solutions, in which the bracings are modelled as three-dimensional structures by means of shell elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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