In this paper vibration and stability analysis of laminated composite shells based on the first order shear deformation theory(FSDT) for two different boundary conditions(clamped-clamped, simply supported) are performed. Structural model of cross-ply symmetric laminated composite cylindrical shells subjected to a combination of magnetic and thermal fields is developed via Hamilton's variational principle. These coupled equations of motion are based on the electromagnetic equations(Faraday, Ampere, Ohm, and Lorenz equations)and thermal equations which are involved in constitutive equations. Extended Galerkin method is adopted to obtain the discretized equations of motion. Variations of dynamic characteristics of composite shells with applied magnetic field, temperature gradient, laminate thickness-ratio and radius ratio for two boundary conditions are investigated and pertinent conclusions are derived.
The additive manufacturing technology, also called 3D printing, is growing fast. There are several methods for 3D printing. Fused deposition modeling (FDM) type 3D printing is the most popular method because it is simple and inexpensive. Moreover, it can be used for printing various thermoplastic materials. However, it contains the cooling of layered road and causes thermal shrinkage. Thermal shrinkage should be controlled to obtain high-quality products. In this study, temperature distribution and cooling behavior of a layered road with cooling are studied through computer simulation. The thermal shrinkage of the layered road was simulated using the calculated temperature distribution with time. Shape variation of the layered road was predicted as cooling proceeded. Stress between the bed and the layered road was also predicted.This stress was considered as the detaching stress of the layered road from the bed. The simulations were performed for various thermal conductivities and temperatures of the layered road, bed temperature, and chamber temperature of a 3D printer. The simulation results provide detailed information about the layered road for FDM type 3D printing under operational conditions.
In this paper, in order to analyze the dynamic response of a floating crane when it lifts a heavy cargo, the boom of the floating crane is considered as an elastic beam. The boom is divided into elements based on finite element formulation and the floating frame of reference formulation and nodal coordinates are employed to model the boom as a flexible body. As an extension of the previous study, in order to consider spatial motion in waves, the coupled equations of motions of the 6 degree of freedom (DOF) floating crane and 6 DOF cargo are developed based on the flexible multibody system dynamics. The 3 dimensional deformation of the elastic boom is considered with 18 DOF. The dynamic simulation of the floating crane and the cargo is performed under regular wave conditions with various cargo weights. Finally, the effects of the elastic boom on lifting cargo are discussed by comparing the simulation results between the elastic boom and a rigid boom.
This paper presents the damage assessment of a free-fall dropped object on the seabed. The damage to a dropped object totally depends on the relationship between the impact energy and the soil strength at the mudline. In this study, unexpected dropping scenarios were first assumed by varying the relevant range of the impact velocity, structure geometry at the moment of impact, and soil strength profile along the penetration depth. Theoretical damage assessments were then undertaken for a free-fall dropping event with a fixed final embedment depth for the structure. This paper also describes the results of a three-dimensional large deformation finite element analysis undertaken for the purpose of validation. The analyses were carried out using the coupled Eulerian-Lagrangian approach, modifying the simple elastic-perfectly plastic Tresca soil model. The validation exercises for each dropping scenario showed good agreement, and the present numerical approach was capable of predicting the behavior of a free-fall dropped object.
Flexible media such as the paper, the film, etc. are thin, light and very flexible. They behave in geometrically nonlinear. Any of small force makes large deformation. So we must including aerodynamic effect when its behavior is predicted. Thus, it becomes fully coupled fluid-structure interaction(FSI) problem. In FSI problems, where the fluid mesh near the structure undergoes large deformations and becomes unacceptably distorted, which drive the time step to a very small value for explicit calculations, the arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) methods or rezoning are used to create a new undistorted mesh for the fluid domain, which allows the calculations to continue. In this paper, FE sheet model considering geometric nonlinearity is formulated to simulate the behavior of the flexible media. Aerodynamic force to the media by surrounding air is calculated by solving the incompressible Navier-Stokes equations. Q2Q1(Taylor-Hood) element which means biquadratic for velocity and bilinear for pressure is used for fluid domain. Q2Q1 element satisfies LBB condition and any stabilization technique is not needed. In this paper, cantilevered sheet in the viscous incompressible Navier-Stokes flow is simulated to check the mesh motion and numerical integration scheme, and then falling paper in the air is simulated and the effects of some representative parameters are investigated.
Arani, Ali Ghorbanpour;Maraghi, Zahra Khoddami;Ferasatmanesh, Maryam
Structural Engineering and Mechanics
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제63권1호
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pp.65-76
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2017
This research investigated the vibration frequency of sandwich plate made of piezoelectric fiber reinforced composite core (PFRC) and face sheets of piezomagnetic materials. The effective electroelastic constants for PFRC materials are obtained by the micromechanical approach. The resting medium of sandwich plate is modeled by Pasternak foundation including normal and shear modulus. Besides, sandwich plate is subjected to linearly varying normal stresses that change by load factor. The coupled equations of motion are derived using first order shear deformation theory (FSDT) and energy method. These equations are solved by differential quadrature method (DQM) for simply supported boundary condition. A detailed numerical study is carried out based on piezoelectricity theory to indicate the significant effect of load factor, volume fraction of fibers, modulus of elastic foundation, core-to-face sheet thickness ratio and composite materials on dimensionless frequency of sandwich plate. These findings can be used to aerospace, building and automotive industries.
In this paper, first, the equations of motion for a rectangular isotropic plate have been derived. This derivation is based on the Von Karmann theory and the effects of shear deformation have been considered. Introducing an Airy stress function, the equations of motion have been transformed to a nonlinear coupled equation. Using Galerkin method, this equation has been separated into position and time functions. By means of the dimensional analysis, it is shown that the orders of magnitude for nonlinear terms are small with respect to linear terms. The Multiple Scales Method has been applied to the equation of motion in the forced vibration and free vibration cases and closed-form relations for the nonlinear natural frequencies, displacement and frequency response of the plate have been derived. The obtained results in comparison with numerical methods are in good agreements. Using the obtained relation, the effects of initial displacement, thickness and dimensions of the plate on the nonlinear natural frequencies and displacements have been investigated. These results are valid for a special range of the ratio of thickness to dimensions of the plate, which is a characteristic of the Multiple Scales Method. In the forced vibration case, the frequency response equation for the primary resonance condition is calculated and the effects of various parameters on the frequency response of system have been studied.
The work roll surface temperature rises and falls repetitively during hot slab rolling because the work roll surface is cooled continuously by water. This study focused on Std. No. 7 to determine a cooling method which significantly reduces the tangential tensile stresses on the work roll surface of the hot slab mill at Hyundai Steel Co. in Korea. A series of finite element analyses were performed to compute the temperature distribution and the tensile stresses in the circumferential direction of the work roll. The virtual slab model was used to reduce the run time considerably by assigning a high temperature to the virtual slab. Except for the heat generated by plastic deformation, this is equivalent to the hot rolling condition that a high temperature slab (material) would experience when in contact with the work rolls. Results showed that when the virtual slab model was coupled with FE analysis, the run time was found to be reduced from 2000 hours to 70 hours. When the work roll surface cooled with a certain on-off patter of water spray, the magnitude of the tangential stresses on the work rolls were decreased by 54.1%, in comparison with those cooled by continuous water spraying. Savings of up to 83.3% in water usage are possible if the proposed water cooling method is adopted.
An aircraft impact (AI) on a nuclear power plant (NPP) is considered to be a beyond-design-basis event that draws considerable attention in the nuclear field. As some NPPs have already adopted the seismic isolation technology, and there are relevant standards to guide the application of this technology in future NPPs, a new challenge is that nuclear power engineers have to determine a reasonable method for performing AI analysis of base-isolated NPPs. Hence, dynamic influences of the seismic isolation on the vibration and structural damage characteristics of the base-isolated CPR1000 containment are studied under various aircraft loads. Unlike the seismic case, the impact energy of AI is directly impacting on the superstructure. Under the coupled influence of the seismic isolation and the various AI load, the flexible isolation layer weakens the constraint function of the foundation on the superstructure, the results show that the seismic isolation bearings will produce a large horizontal deformation if the AI load is large enough, the acceleration response at the base-mat will also be significantly affected by the different horizontal stiffness of the isolation bearing. These concerns require consideration during the design of the seismic isolation system.
The time-varying structural reliability of an aeroelastic launch vehicle subjected to stochastic parameters is investigated. The launch vehicle structure is under the combined action of several stochastic loads that include aerodynamics, thrust as well as internal combustion pressure. The launch vehicle's main body structural flexibility is modeled via the normal mode shapes of a free-free Euler beam, where the aerodynamic loadings on the vehicle are due to force on each incremental section of the vehicle. The rigid and elastic coupled nonlinear equations of motion are derived following the Lagrangian approach that results in a complete aeroelastic simulation for the prediction of the instantaneous launch vehicle rigid-body motion as well as the body elastic deformations. Reliability analysis has been performed based on two distinct limit state functions, defined as the maximum launch vehicle tip elastic deformation and also the maximum allowable stress occurring along the launch vehicle total length. In this fashion, the time-dependent reliability problem can be converted into an equivalent time-invariant reliability problem. Subsequently, the first-order reliability method, as well as the Monte Carlo simulation schemes, are employed to determine and verify the aeroelastic launch vehicle dynamic failure probability for a given flight time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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