In this paper, a semi-analytical method will be discussed for free vibration analysis of rotating beams with variable cross sectional area. For this purpose, the rotating beam is discretized through applying the transfer matrix method and assumed the axial force is constant for each element. Then, the transfer matrix is derived based on Euler-Bernoulli's beam differential equation and applying boundary conditions. In the following, the frequencies of the rotating beam with constant and variable cross sections are determined using the transfer matrix method in several case studies. In order to eliminate numerical difficulties in the transfer matrix method, the Riccati transfer matrix is employed for high rotation speed and high modes. The results are compared with the results of the finite elements method and Rayleigh-Ritz method which show good agreement in spite of low computational cost.
We present a theoretical formulation of diffusion process on solid surface based on multidimensional transition state theory (TST). Surface diffusion of single adatom results from hopping processes on corrugated potential surface and is affected by surface vibrations of surface atoms. The rate of rare events such as hopping between lattice sites can be calculated by transition state theory. In order to include the interactions of the adatom with surface vibrations, it is assumed that the coordinates of adatom are coupled to the bath of harmonic oscillators whose frequencies are those of surface phonon modes. When nearest neighbor surface atoms are considered, we can construct Hamiltonians which contain terms for interactions of adatom with surface vibrations for the well minimum and the saddle point configurations, respectively. The escape rate constants, thus the surface diffusion parameters, are obtained by normal mode analysis of the force constant matrix based on the Hamiltonian. The analysis is applied to the diffusion coefficients of W, Ir, Pt and Ta atoms on the bcc(110) plane of W in the zero-coverage limit. The results of the calculations are encouraging considering the limitations of the model considered in the study.
The objective of this work is to study the wave propagation of an FGM plate via a new integral inverse shear model with temperature-dependent material properties. In this contribution, a new model based on a high-order theory field of displacement is included by introducing indeterminate integral variables and inverse co-tangential functions for the presentation of shear stress. The temperature-dependent properties of the FGM plate are assumed mixture of metal and ceramic, and its properties change by the power functions of the thickness of the plate. By applying Hamilton's principle, general formulas of wave propagation were obtained to plot the phase velocity curves and wave modes of the FGM plate with simply supported edges. The effects of the temperature and volume fraction by distributions on wave propagation of the FGM plate are investigated in detail. The results of the dispersion and the phase velocity curves of the propagation wave in the functionally graded plate are compared with previous research.
Nadia Alavi;Mohammad Zamani Nejad;Amin Hadi;Anahita Nikeghbalyan
Steel and Composite Structures
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v.51
no.4
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pp.377-389
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2024
In the present study, thermoelsatoplastic stresses and displacement for rotating hollow disks made of functionally graded materials (FGMs) has been investigated. The linear elastic-fully plastic condition is considered. The material properties except Poisson's ratio are assumed to vary in the radial direction as a power-law function. The heat conduction equation for the one-dimensional problem in cylindrical coordinates is used to obtain temperature distribution in the disk. The plastic model is based on the Tresca yield criterion and its associated flow rules under the assumption of perfectly plastic material behavior. Exact solutions of field equations for elastic and plastic deformations are obtained. It is shown that the elastoplastic response of the functionally graded (FG) disk is affected notably by the radial variation of material properties. It is also shown that, depending on material properties and disk dimensions, different modes of plastic deformation may occur.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.141-154
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1993
In this paper, a method to calculate the ultimate compressive strength of welded one-sided stiffened plates simply supported along all edges is proposed. At first initial imperfections such as distortions and residual stresses due to welding are predicted by using simplified methods. Then, the collapse modes of the stiffened plate are assumed and collapse loads for each mode are calculated. Among these loads, the lowest value is selected as the ultimate strength of the plate. Collapse modes are assumed as follows ; (1) Overall buckling of the stiffened plate$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener bending (2) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener yielding (3) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener berthing (4) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener tripping. The elastic large deflection analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out, and plastic analysis assuming hinge lines is also carried out. Collapse load is defined as the cross point of the two analysis curves. This method enables the utimate strength to be calculated with small computing time and a good accuracy. Using the present method, characteristics of the stiffener including torsional rigidity, bending and tripping can also be clarified.
This paper presents the theoretical developments of an exact finite strip for the buckling and initial post-buckling analyses of isotropic flat plates. The so-called exact finite strip is assumed to be simply supported out-of-plane at the loaded ends. The strip is developed based on the concept that it is effectively a plate. The present method, which is designated by the name Full-analytical Finite Strip Method in this paper, provides an efficient and extremely accurate buckling solution. In the development process, the Von-Karman's equilibrium equation is solved exactly to obtain the buckling loads and the corresponding form of out-of-plane buckling deflection modes. The investigation of thin flat plate buckling behavior is then extended to an initial post-buckling study with the assumption that the deflected form immediately after the buckling is the same as that obtained for the buckling. It is noted that in the present method, only one of the calculated out-of-plane buckling deflection modes, corresponding to the lowest buckling load, i.e., the first mode is used for the initial post-buckling study. Thus, the postbuckling study is effectively a single-term analysis, which is attempted by utilizing the so-called semi-energy method. In this method, the Von-Karman's compatibility equation governing the behavior of isotropic flat plates is used together with a consideration of the total strain energy of the plate. Through the solution of the compatibility equation, the in-plane displacement functions which are themselves related to the Airy stress function are developed in terms of the unknown coefficient in the assumed out-of-plane deflection function. These in-plane and out-of-plane deflected functions are then substituted in the total strain energy expressions and the theorem of minimum total potential energy is applied to solve for the unknown coefficient. The developed method is subsequently applied to analyze the initial postbuckling behavior of some representative thin flat plates for which the results are also obtained through the application of a semi-analytical finite strip method. Through the comparison of the results and the appropriate discussion, the knowledge of the level of capability of the developed method is significantly promoted.
The paper is concerned with the elasto-plastic and geometrically nonlinear analysis of shell structures using an improved degenerated shell element. In the formulation of the element stiffness, the combined use of three different techniques was made. They are; 1) an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system to overcome the shear locking problem ; 2) the reduced integration technique in in-plane strains to avoid the membrane locking behavior ; and 3) selective addition of the nonconforming displacement modes to improve the element performances. This element is free of serious shear/membrane locking problems and undesirable compatible/commutable spurious kinematic deformation modes. In the formulation for plastic deformation, the concept of a layered element model is used and the material is assumed von Mises yield criterion. An incremental total Lagrangian formulation is presented which allows the calculation of arbitrarily large displacements and rotations. The resulting non-linear equilibrium equations are solved by the Netwon-Raphson method combined with load or displacement increment. The versatility and accuracy of this improved degenerated shell element are demonstrated by solving several numerical examples.
Transmission towers have come to represent one of the most important infrastructures in today's society, which may suffer severe earthquakes during their service lives. However, in the conventional seismic analyses of transmission towers, the towers are normally assumed to be fixed on the ground without considering the effect of soil-structure interaction (SSI) on the pile-supported transmission tower. This assumption may lead to inaccurate seismic performance estimations of transmission towers. In the present study, the seismic response and failure analyses of pile-supported transmission towers considering SSI are comprehensively performed based on the finite element method. Specifically, two detailed finite element (FE) models of the employed pile-supported transmission tower with and without consideration of SSI effects are established in ABAQUS analysis platform, in which SSI is simulated by the classical p-y approach. A simulation method is developed to stochastically synthesize the earthquake ground motions at different soil depths (i.e. depth-varying ground motions, DVGMs). The impacts of SSI on the dynamic characteristic, seismic response and failure modes are investigated and discussed by using the generated FE models and ground motions. Numerical results show that the vibration mode shapes of the pile-supported transmission towers with and without SSI are basically same; however, SSI can significantly affect the dynamic characteristic by altering the vibration frequencies of different modes. Neglecting the SSI and the variability of earthquake motions at different depths may cause an underestimate and overestimate on the seismic responses, respectively. Moreover, the seismic failure mode of pile-supported transmission towers is also significantly impacted by the SSI and DVGMs.
Kim, Hyun-Sil;Kim, Bong-Ki;Kim, Sang-Ryul;Lee, Seong-Hyun
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.34
no.3
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pp.219-226
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2015
In this paper, derivation of the STL (Sound Transmission Loss) of a square plate installed in an impedance tube is discussed using an analytic method. Coupled motion of the plate vibration and acoustic field is considered. Vibration of the plate and pressure field inside the tube are expressed in terms of the infinite series of modal functions. Under the plane wave assumption, it is shown that consideration of the first few modes yields sufficiently accurate results. When the boundary of the plate is clamped, vibration mode is assumed as a multiplication of the beam modes corresponding to the crosswise directions. The natural frequencies of the clamped plate are calculated using the Rayleigh-Ritz method. It is found that the STL shows a dip at the lowest natural frequency of the plate, and increases as the frequency decreases below the natural frequency. Comparison of the result in this paper with the STL obtained by measurements and FE computations in the reference shows an excellent agreement.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.9A
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pp.892-899
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2006
In this paper, we propose an automatic switching technology between the ad-hoc and the infrastructure modes without user intervention in the IEEE 802.11b wireless LAN. Also, we design our proposed technology and implemented on the Linux machine. For this operation, the area within an Access Point (AP) coverage is defined as a switching area, and a node without any transmission in this area is assumed to be able to relay frames between the AP and nodes in the shaded area that is outside the coverage and cannot reach the AP. By using the proposed technology, it is possible to provide the seamless Internet access service to nodes at the ad-hoc mode in the shaded area. In this paper, we explains the operation of the detection method of the switching area, presents the flowchart and implementation environment. To prove the operation of our technology, we obtain the results of captured packets transmitted between nodes and throughput results through ftp transmission experiment. Hence, we can see that our proposed scheme can be improve the wireless access service in wireless and mobile networks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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