This paper focuses on geometrically non-linear static analysis of a simply supported beam made of hyperelastic material subjected to a non-follower transversal uniformly distributed load. As it is known, the line of action of follower forces is affected by the deformation of the elastic system on which they act and therefore such forces are non-conservative. The material of the beam is assumed as isotropic and hyperelastic. Two types of simply supported beams are considered which have the following boundary conditions: 1) There is a pin at left end and a roller at right end of the beam (pinned-rolled beam). 2) Both ends of the beam are supported by pins (pinned-pinned beam). In this study, finite element model of the beam is constructed by using total Lagrangian finite element model of two dimensional continuum for a twelve-node quadratic element. The considered highly non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. In order to use the solution procedures of Newton-Raphson type, there is need to linearized equilibrium equations, which can be achieved through the linearization of the principle of virtual work in its continuum form. In the study, the effect of the large deflections and rotations on the displacements and the normal stress and the shear stress distributions through the thickness of the beam is investigated in detail. It is known that in the failure analysis, the most important quantities are the principal normal stresses and the maximum shear stress. Therefore these stresses are investigated in detail. The convergence studies are performed for various numbers of finite elements. The effects of the geometric non-linearity and pinned-pinned and pinned-rolled support conditions on the displacements and on the stresses are investigated. By using a twelve-node quadratic element, the free boundary conditions are satisfied and very good stress diagrams are obtained. Also, some of the results of the total Lagrangian finite element model of two dimensional continuum for a twelve-node quadratic element are compared with the results of SAP2000 packet program. Numerical results show that geometrical nonlinearity plays very important role in the static responses of the beam.
In this paper, the effect of material elasticity was evaluated through a simple model as proposed by Wang and Yu (1991), for yield mechanisms of a cantilever beam under tip pulse loading. The beam was assumed rigid-perfectly plastic but instead of the usual fully clamped constraints at its root, an elastic-perfectly plastic rotational spring was introduced there so the system had a certain capacity to absorb elastic energy. Compared with a rigid-perfectly plastic beam without a spring root, the present beam-spring model showed differences in the initial plastic hinge position and the minimum magnitude of the dynamic force needed to produce a plastic failure. It was also shown that various failure responses may happen while the hinge travels along the beam segment towards the root, rather than a unique response mode as in a rigid perfectly plastic analysis.
In conventional photogrammetry, three-dimensional coordinates are obtained from two consecutive images of a stationary object photographed from two exposure stations, separated by a certain distance. However, it is impossible to photograph moving objects from two stations with one camera at the same time. Various methods to overcome this obstacle were devised e. g. taking the left and right scenes simultaneously with one camera using a beam splitter attached to the front, thus creating a stereo scene in one image. A beam splitter consists of two outer mirrors and two inner mirrors. This paper deals with research where the optical principles of the beam splitter were evaluated based on light path phenomena between the outer mirrors and the inner mirrors. A mathematical model of the geometric configuration was derived for the beam splitter. This allows us to design and control a beam splitter to obtain maximum scale and maximum base-height ratio by stepwise application of the mathematical model. The results show that the beam splitter is a very useful tool for stereophotography with one camera. The optimum geometric configurations ensuring maximum scale and base-height ratio are closely related to inner and outer reflector sizes, their inclination angles and the offsets between the outer mirrors.
Kang Hwan-Jun;Lee Shi-Bok;Hong Keum-Shik;Jeon Seung-Min
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.11a
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pp.271-276
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2004
In this paper. dynamic behavior of the cracked beam under a moving mass is presented using the finite element method (FEM). Model accuracy is improved with the following consideration: (1) FE model with Timoshenko beam element (2) Additional flexibility matrix due to crack presence (3) Interaction forces between the moving mass and supported beam. The Timoshenko bean model with a two-node finite element is constructed based on Guyan condensation that leads to the results of classical formulations. but in a simple and systematic manner. The cracked section is represented by local flexibility matrix connecting two unchanged beam segments and the crack as modeled a massless rotational spring. The inertia force due to the moving mass is also involved with gravity force equivalent to a moving load. The numerical tests for various mass levels. crack sizes. locations and boundary conditions were performed.
In this paper, Timoshenko and Euler-Bernoulli beam theories(EB-beam) are used, and Fast Fourier Transformation(FFT) analysis is then employed to extract their natural frequencies using both analytical approach and Co-rotational plane beam(CR-beam) EDISON program. EB-beam is used to analyze a spring-mass system with a single degree of freedom. Sinusoidal force with various frequencies and constant magnitude are applied to tip of each beam. After the oscillatory tip response is observed in EB-beam, it decreases and finally converges to the so-called 'steady-state.' The decreasing rate of the tip deflection with respect to time is reduced when the forcing frequency is increased. Although the tip deflection is found to be independent of the excitation frequency, it turns out that time to reach the steady state response is dependent on the forcing frequency.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.1
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pp.57-64
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2011
An extensive database has been constructed of reinforced concrete (RC) beam-column connection tests subjected to cyclic lateral loading. All cases within the database experienced joint shear failure, either in conjunction with or without yielding of longitudinal beam reinforcement. Using the experimental database, envelope curves of joint shear stress vs. joint shear strain behavior have been created by connecting key points such as cracking, yielding, and peak loading. Various prediction approaches for RC joint shear behavior are discussed using the constructed experimental database. RC joint shear strength and deformation models are first presented using the database in conjunction with a Bayesian parameter estimation method, and then a complete model applicable to the full range of RC joint shear behavior is suggested. An RC joint shear prediction model following a U.S. standard is next summarized and evaluated. Finally, a particular joint shear prediction model using basic joint shear resistance mechanisms is described and for the first time critically assessed.
This paper presents an efficient and accurate coupled beam model for piezoelectric bimorphs based on improved first-order shear deformation theory (FSDT). The model combines the equivalent single layer approach for the mechanical displacements and a layerwise modeling for the electric potential. General electric field function is proposed to reasonably approximate the through-the-thickness distribution of the applied and induced electric potentials. Layerwise defined shear correction factor (k) accounting for nonlinear shear strain distribution is introduced into both the shear stress resultant and the electric displacement integration. Analytical solutions for free vibrations and forced response under electromechanical loads are obtained for the simply supported piezoelectric bimorphs with series or parallel arrangement, and the numerical results for various length-to-thickness ratios are compared with the exact two-dimensional piezoelasticity solution. Excellent predictions with low error estimates of local and global responses as well as the modal frequencies are observed.
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.
Park, Chul-Woo;Joo, Hyun-Shig;Ryu, Han-Yeol;Shin, Sang-Joon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.477-483
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2015
In this paper, Euler-Bernoulli beam theories(EB-beam) are used, and Fast Fourier Transformation(FFT) analysis is then employed to extract their natural frequencies using both analytical approach and Co-rotational plane beam(CR-beam) EDISON program. EB-beam is used to analyze a spring-mass system with a single degree of freedom. Sinusoidal force with various frequencies and constant magnitude are applied to tip of each beam. After the oscillatory tip response is observed in EB-beam, it decreases and finally converges to the so-called 'steady-state.' The decreasing rate of the tip deflection with respect to time is reduced when the forcing frequency is increased. Although the tip deflection is found to be independent of the excitation frequency, it turns out that time to reach the steady state response is dependent on the forcing frequency.
L.S. Praveen;Govind R. Kadambi;S. Malathi;Preetham Shankpal
Ocean Systems Engineering
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v.13
no.2
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pp.195-224
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2023
This paper proposes a method for the acoustic imaging wherein the traditional requirement of the relative movement between the transmitter and target is overcome. This is facilitated through the beamforming acoustic array in the transmitter, in which the target is illuminated by the array at various azimuth and elevation angles without the physical movement of the acoustic array. The concept of beam steering of the acoustic array facilitates the formation of the beam at desired angular positions of azimuth and elevation angles. This paper substantiates that the combination of illumination of the target from different azimuth and elevation angles with respect to the transmitter (through the beam steering of beam forming acoustic array) and the beam steering at multiple frequencies (through SF) results in enhanced reconstruction of images of the target in the underwater scenario. This paper also demonstrates the possibility of reconstruction of the image of a target in underwater without invoking the traditional algorithms of Digital Image Processing (DIP). This paper comprehensively and succinctly presents all the empirical formulae required for modelling the acoustic medium and the target to facilitate the reader with a comprehensive summary document incorporating the various parameters of multi-disciplinary nature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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