• Smart Structures and Systems
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• 제18권4호
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• pp.787-800
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• 2016

The aim of the paper is to analyze nonlinear transverse vibration of an embedded piezoelectric plate reinforced with single walled carbon nanotubes (SWCNTs). The system in rested in a Pasternak foundation. The micro-electro-mechanical model is employed to calculate mechanical and electrical properties of nanocomposite. Using nonlinear strain-displacement relations and considering charge equation for coupling between electrical and mechanical fields, the motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. These equations can't be solved analytically due to their nonlinear terms. Hence, differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing differential equations for the case when all four ends are clamped supported and free electrical boundary condition. The influences of the elastic medium, volume fraction and orientation angle of the SWCNTs reinforcement and aspect ratio are shown on frequency of structure. The results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency increases. This study might be useful for the design and smart control of nano/micro devices such as MEMS and NEMS.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권5호
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• pp.711-722
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• 2020

In this study, on-site testing was carried out to investigate the vibration serviceability of a composite steel-bar truss slab with steel girder system. Impulse excitations (heel-drop and jumping) and steady-state motion (walking and running) were performed to capture the primary vibration parameters (natural frequency and damping ratio) and distribution of peak acceleration. The composite floor possesses low frequency (<8.3Hz) and damping ratio (<2.47%). Based on experimental, theoretical, and numerical analyses on fundamental natural frequency, the boundary condition of SCSS (i.e., three edges simply supported and one edge clamped) is deemed more comparable substitutive for the investigated composite floor. Walking and running excitations by one person (single excitation) were considered to evaluate the vibration serviceability of the composite floor. The measured acceleration results show a satisfactory vibration perceptibility. For design convenience and safety, a crest factor β_rp describing the ratio of peak acceleration to root-mean-square acceleration induced from the walking and running excitations is proposed. The comparisons of the modal parameters determined by walking and running tests reveal the interaction effect between the human excitation and the composite floor.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권8호
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• pp.1485-1492
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• 1992

본 연구에서는 Rayleigh-Ritz method를 사용하여 타원형(원형 포함) 평판의 자유 진동 문제를 해석한다. admissible함수로서는 단순 다항식의 곱(products of simple polynomials)을 사용한다. 이 함수는 다항식의 첫 항의 차수를 0,1 또는 2로 함으로써 각각 자유, 단순 지지 또는 고정인 경계 조건을 간편히 처리할 수 있게 하며, 에너지식에 포함된 적분값을 계산함에 있어서 점화식을 유도하여 사용함으로써 계산을 매우 간편히 수행할 수 있게 한다. 본문의 이론 해석은 직교 이방성 타원형 평판에 대해서 제시된다. 그러나 수치 결과는, 이방성의 다양한 조합에 대한 많은 결과를 제시하는 것은 그다지 의미가 없는 관계로, 등방성 평판에 대해서 주어진다. 등방성 평판의 여러 가지 세장비에 대한 결과는 설계 데이터로써 활용될 수 있을 것이다. 덧붙여 대표적으로 세장비가 0.5인 평판에 대해서 nodal pattern이 그림으로 제시된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권3호
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• pp.299-318
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• 2024

The main objective of this paper is to compute the far-field acoustic radiation (sound radiation) of functionally graded plates (FGM) loaded by sinusoidally varying point load subjected to the arbitrary boundary condition is carried out. The governing differential equations for thin functionally graded plates (FGM) are derived using classical plate theory (CPT) and Rayleigh integral using the elemental radiator approach. Four cases, segregated on power-law index k=0,1,5,10, are studied. A novel approach is illustrated to compute sound fields of vibrating FGM plates using the physical neutral surface with an elemental radiator approach. The material properties of the FGM plate for all cases are calculated considering the power law indexes. An in-house MATLAB code is written to compute the natural frequencies, normal surface velocities, and sound radiation fields are analytically calculated using semi-analytical formulation. Ansys is used to validate the computed sound power level. The parametric effects of the power law index, modulus ratios, different constituent of FGM plates, boundary conditions, damping loss factor on the sound power level, and radiation efficiency is illustrated. This work is the benchmark approach that clearly explains how to calculate acoustic fields using a solid layered FGM model in ANSYS ACT. It shows that it is possible to asymptotically stabilize the structure by controlling the intermittent layers' stiffness. It is found that sound fields radiated by the elemental radiators approach in MATLAB, ANSYS and literatures are in good agreement. The main novelty of this research is that the FGM plate is analyzed in the low-frequency range, where the stiffness-controlled region governs the whole analysis. It is concluded that a clamped mono-ceramic FGM plate radiates a lesser sound power level and higher radiation efficiency than a mono-metallic or metal-rich FGM plate due to higher stiffness. It is found that change in damping loss factor does not affect the same constituents of FGM plates but has significant effects on the different constituents of FGM plates.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.13-22
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• 2018

이 연구는 이방성 평판의 휨 해석을 위한 지배방정식을 유도하고 다양한 경계조건을 갖는 평판의 정확한 풀이과정을 제시하였다. 이 해법은 삼각급수를 이용하여 미분 방정식을 대수학적 방정식으로 변환시키는 전통적인 Navier와 Levy의 방법을 따랐다. Levy의 방법을 이용해 해를 구하려면 평판의 마주보는 두 끝단이 단순지지단인 경우에만 가능하다. Navier의 방법은 사각평판의 네 끝단이 모두 단순지지단 이어야 한다. 본 연구는 Navier와 Levy해법이 갖는 경계조건 한계를 극복하였다. 이 해법은 평판 네 끝단의 경계조건이 단순지지단과 고정단의 어떤 조합이라도 적용될 수 있다. 하중조건도 분포하중, 부분하중 그리고 선하중에 대해 적용할 수 있다. 이 해법의 장점은 Navier와 Levy해법이 갖는 경계조건 한계를 극복하였을 뿐만 아니라 정확한 해를 구할 수 있다. 비대칭 경계조건을 갖는 이방성평판에 대하여 이 해법을 이용한 계산결과를 나타냈다. 또한 Navier해법과 Levy해법 그리고 Szilard의 계산결과와 비교를 보여주었는데 계산된 처짐량이 잘 일치한다.

• 전산구조공학
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• 제10권4호
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• pp.165-175
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• 1997

본 연구에서는 현재 자동차구조에 사용되고 있는 점용접 보강 리어사이드 프레임, 비보강 리어사이드 프레임 및 레이저 용접을 이용한 이종두께 리어사이드 프레임의 응력, 좌굴 및 진동해석이 수행되었다. 응력 및 진동해석의 경계조건은 양단고정이며, 좌굴해석시에는 단순지지 경계조건을 사용하였다. 구조해석에는 ANSYS 5.0 Code를 사용하였다. 점용접된 리어사이드 프레임의 최대응력은 메인프레임에서 발생하였으며, 그값은 80.9MPa이다. 이때의 최대변형률은 501.mu.이다. 이종두께 레이저 용접된 리어사이드 프레임은 두께가 1.8mm일 때 점용접 보강 리어사이드 프레임의 최대응력과 같아진다. 따라서 동일등가 응력을 기준으로 할 때 레이저 용접을 이용하면 중량을 17.2% 줄일 수 있다. 양단 단순지지된 보강 점용접 리어사이드 프레임의 좌굴하중은 52.54kN이다. 이때 동일한 좌굴하중을 갖는 이종두께 레이저 프레임의 두께는 1.9mm이다. 따라서 중량을 15% 감소시킬 수 있다. 보강된 점용접 리어사이드 프레임의 고유진동수는 163.6Hz로 굽힘모드이며, 이종두께 레이저 용접 리어사이드 프레임의 고유진동수는 179.8Hz이다.

• Composites Research
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• 제27권4호
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• pp.158-167
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• 2014

본 연구의 궁극적 목표는 현장의 구조설계자들이 복합재 평판의 전단좌굴 설계허용치를 설정할 때 사용할 수 있는 환산계수(이론값과 실험값의 차이를 보정하는 계수)를 제공하는 것이다. 이를 위해서는 광범위한 시험과 해석이 필요하며, 본 연구에서는 일단계로, 복합재 평판의 전단좌굴시험을 위해 단축인장하중을 받는 프레임 형태의 치구를 설계하고, 시험과 해석을 수행하여 그 타당성을 검토하였다. 치구의 최종 형상은 시편의 크기, 치구의 치수, 체결볼트의 수 등의 변수들이 전단좌굴하중에 미치는 영향에 대한 인자연구를 통해 결정하였다. 시험 및 해석 결과, 설계된 프레임이 의도한대로 전단좌굴을 효과적으로 유도하는 것을 확인하였다. 그러나 시험에서는 시편이 치구에 고정되어야 하므로 시편의 크기가 달라지게 되어, 시험값과 해석값의 차이가 존재하였다. 특히 원공이 커질수록, 또한 단순지지 경계조건일 경우에는 그 차이가 더 크게 나타났다. 본 연구의 결과 고정지지 전단좌굴의 경우 설계된 프레임 형태 치구를 그대로 사용할 수 있을 것으로 보이지만, 단순지지 경계일 경우 경계조건 설정방법의 수정이 필요할 것으로 판단된다.