This paper examines the problem of a penny-shaped crack in a thermoporoelastic body. On the basis of the recently developed general solutions for thermoporoelasticity, appropriate potentials are suggested and the governing equations are solved in view of the similarity to those for pure elasticity. Exact and closed form fundamental solutions are expressed in terms of elementary functions. The singularity behavior is then discussed. The present solutions are compared with those in literature and an excellent agreement is achieved. Numerical calculations are performed to show the influence of the material parameters upon the distribution of the thermoporoelastic field. Due to its ideal property, the present solution is a natural benchmark to various numerical codes and simplified analyses.
Fadodun, Odunayo O.;Layeni, Olawanle P.;Akinola, Adegbola P.
Earthquakes and Structures
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v.13
no.5
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pp.465-471
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2017
This work derives a generalized time fractional differential equation governing wave propagation in a radially vibrating non-classical cylindrical medium. The cylinder is made of a transversely isotropic hyperelastic John's material which obeys frequency-dependent power law attenuation. Employing the definition of the conformable fractional derivative, the solution of the obtained generalized time fractional wave equation is expressed in terms of product of Bessel functions in spatial and temporal variables; and the resulting wave is characterized by the presence of peakons, the appearance of which fade in density as the order of fractional derivative approaches 2. It is obtained that the transversely isotropic structure of the material of the cylinder increases the wave speed and introduces an additional term in the wave equation. Further, it is observed that the law relating the non-zero components of the Cauchy stress tensor in the cylinder under consideration generalizes the hypothesis of plane strain in classical elasticity theory. This study reinforces the view that fractional derivative is suitable for modeling anomalous wave propagation in media.
The axisymmetric free vibrations of transversely isotropic magnetoelectroelastic laminated circular plates are studied. Based on the three-dimensional governing equations of magnetoelectroelastic medium, the state space equations of laminated circular plates are obtained. By using the finite Hankel transform and rendering the free terms left by the transform in terms of the boundary quantities, the solutions of the state space equations are given for two kinds of boundary conditions. The frequency equations of the free vibration are derived using the propagator matrix method and the boundary conditions at top and bottom surfaces. By virtue of the inverse Hankel transform, the mode shapes are also determined. Since the solutions strictly satisfy the governing equations in the region and the boundary conditions at the edges, they are the three-dimensionally exact. Finally, the natural frequencies of such plates are tabulated and compared with those of the piezoelectric and elastic plates in the numerical example.
An analytical method is presented to solve the problem of transient wave propagation in a transversely isotropic piezoelectric hollow sphere subjected to thermal shock and electric excitation. Exact expressions for the transient responses of displacements, stresses, electric displacement and electric potentials in the piezoelectric hollow sphere are obtained by means of Hankel transform, Laplace transform, and inverse transforms. Using Hermite non-linear interpolation method solves Volterra integral equation of the second kind involved in the exact expression, which is caused by interaction between thermo-elastic field and thermo-electric field. Thus, an analytical solution for the problem of transient wave propagation in a transversely isotropic piezoelectric hollow sphere is obtained. Finally, some numerical results are carried out, and may be used as a reference to solve other transient coupled problems of thermo-electro-elasticity.
The aim of the present investigation is to examine the propagation of plane harmonic waves in transversely isotropic homogeneous magneto visco thermoelastic rotating medium with fractional order heat transfer and two temperature. It is found that, for two dimensional assumed model, there exist three types of coupled longitudinal waves (quasi-longitudinal, quasi-transverse and quasi-thermal) in frequency domain. phase velocities, specific loss, penetration depth, attenuation coefficients of various reflected waves are computed and depicted graphically. The effects of viscosity and fractional order parameter by varying different values are represented graphically.
This article is an application of new modified couple stress thermoelasticity without energy dissipation in association with two-temperature theory. The upper and lower surfaces of the plate are subjected to an axisymmetric heat supply. The solution is found by using Laplace and Hankel transform techniques. The analytical expressions of displacement components, conductive temperature, stress components and couple stress are computed in transformed domain. Numerical inversion technique has been applied to obtain the results in the physical domain. Numerically simulated results are depicted graphically. The effect of two temperature is shown on the various components.
Polatov, Askhad M.;Ikramov, Akhmat M.;Khaldjigitov, Abduvali A.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.4
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pp.299-313
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2019
The paper represents computer modeling of the deformed state of physically nonlinear transversally isotropic bodies with hole. In order to describe the anisotropy of the mechanical properties of transversally-isotropic materials a structurally phenomenological model has been used. This model allows representing the initial material in the form of the coupled isotropic materials: the basic material (binder) considered from the positions of continuum mechanics and the fiber material oriented along the anisotropy direction of the original material. It is assumed that the fibers perceive only the axial tensile-compression forces and are deformed together with the base material. To solve the problems of the theory of plasticity, simplified theories of small elastoplastic deformation have been used for a transversely-isotropic body, developed by B.E. Pobedrya. A simplified theory allows applying the theory of small elastoplastic deformations to solve specific applied problems, since in this case the fibrous medium is replaced by an equivalent transversely isotropic medium with effective mechanical parameters. The essence of simplification is that with simple stretching of composite in direction of the transversal isotropy axis and in direction perpendicular to it, plastic deformations do not arise. As a result, the intensity of stresses and deformations both along the principal axis of the transversal isotropy and along the perpendicular plane of isotropy is determined separately. The representation of the fibrous composite in the form of a homogeneous anisotropic material with effective mechanical parameters allows for a sufficiently accurate calculation of stresses and strains. The calculation is carried out under different loading conditions, keeping in mind that both sizes characterizing the fibrous material fiber thickness and the gap between the fibers-are several orders smaller than the radius of the hole. Based on the simplified theory and the finite element method, a computer model of nonlinear deformation of fibrous composites is constructed. For carrying out computational experiments, a specialized software package was developed. The effect of hole configuration on the distribution of deformation and stress fields in the vicinity of concentrators was investigated.
Molecular dynamics simulation and the Mori-Tanaka micromechanics study are performed to investigate the effect of the covalent grafting between CNT and polyester on the mechanical behavior and load transfer of nanocomposites. The transversely isotropic stress-strain curves are determined through the tension and shear simulations according to the covalent grafting. Also, isotropic properties of randomly dispersed nanocomposites are obtained by orientation averaging the transversely isotropic stiffness matrix. By addressing the grafting, the transverse Young's modulus and shear moduli of the nanocomposites are improved, while the longitudinal Young's modulus decreases due to the degradation of the grafted CNT.
When tunnels or underground structures are constructed in anisotropic rock mass, designers and constructors have to consider the anisotropic characteristics in rock mass because their physical and mechanical properties are depended on the anisotropic angles(${\beta}$). In this study, therefore, we have first investigated the mechanical behavior of the gneiss specimen from lab. tests, and then have analysed the behavior of specimens for to the transversely isotropic model in elastic medium using the FLAC program. The results of this study were summarized as follows; 1) In the result of the variation tests, in general, the properties of strength were depended on the angle of inclination in spite of the hard rock. And except for the shear strength test, the lowest and peak stress were appeared at 60$^{\circ}$ and 90$^{\circ}$respectively. 2) The results of specimen modeling analysis using FDM well indicated the mechanical behaviors of the specimen of transversely isotropic model.
A method to determine elastic constants for transversely isotropic rock using a single uniaxial compression test was proposed by Kim(1995). However, some problems were found when this method was applied. We derived two different equations in determination of elastic constants using V$\sub$12/ and V$\sub$21/ and performed uniaxial compression tests for two specimens whose angles between transversely isotropic plane and horizontal plane are 30$^{\circ}C$ and 65$^{\circ}C$. The anisotropic elastic constants should be calculated with different equations depend on the angle. If the anisotropic angle is lower than 45$^{\circ}$, V$\sub$21/ may be used. However, if the anisotropic angle is higher than 45$^{\circ}$, V$\sub$12/ may be used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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