This investigation presents nonlinear free vibration of a carbon nanotube reinforced composite beam based on the Von Kármán nonlinearity and the Euler-Bernoulli beam theory The material properties of the structure is considered as made of a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different material distributions. The governing equations of the nonlinear vibration problem is delivered by using Hamilton's principle and the Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained with the effect of different patterns of reinforcement.
The main objective of the present paper is to investigate the nonlinear vibration of buckled beams fixed at both ends and made of Aluminium allay (Al-alloy) reinforced with randomly dispersed Single Walled Carbon Nanotube (SWNT). The Mori-Tanak (M-T) micromechanical approach is selected to predict the homogenized material properties of the beams. The differential equation of motion governing the nonlinear behavior of the Euler-Bernoulli homogeneous beam is solved using an analytical method. The influences of diverse parameters including axial load, vibration amplitude, SWNT volume fraction, SWNT aspect ratio and beam slenderness ratio on the nonlinear frequency are studied.
The elastic theory of beams is fundamental in engineering of design and structure. In this study, we construct Green's function for inhomogeneous fourth-order differential operators subjected to associated constraints that arises in dealing with dynamic problems in the Rayleigh beam. We obtain solutions for homogeneous and completely inhomogeneous beam problems using Green's function. This enables us to consider rotational influences in determining the eigenfrequency of beam vibrations. Additionally, we investigate the dynamic vibration model of inhomogeneous beams incorporating rotational effects. The eigenvalues of Rayleigh beams, including first-order correction terms, are also computed and displayed in tabular forms.
Cantilever structures demonstrate diverse nonlocal effects, resulting in either stiffness hardening or dynamic softening behaviors, as various studies have indicated. This research delves into the free and forced vibration analysis of rotating nanoscale cylindrical beams and tubes under external dynamic stress, aiming to thoroughly explore the nonlocal impact from both angles. Utilizing Euler-Bernoulli and Reddy beam theories, in conjunction with higher-order tube theory and Hamilton's principle, nonlocal governing equations are derived with precise boundary conditions for both local and nonlocal behaviors. The study specifically examines two-dimensional functionally graded materials (2D-FGM), characterized by axially functionally graded (AFG) and radial porosity distributions. The resulting partial differential equations are solved using the generalized differential quadrature element method (GDQEM) and Newmark-beta procedures to acquire time-dependent results. This investigation underscores the significant influence of boundary conditions when nonlocal forces act on cantilever structures.
Rectangular-to-Ellipse Shape Transition (REST) inlets are a class of inward turning inlets designed for hypersonic flight. The aerodynamic design of REST inlets involves very complex flows and shock-wave patterns. These inlets are used in highly integrated propulsive systems. Often the design of these inlets may require many geometrical constraints at different cross-section. In present work a design approach for hypersonic inward-turning inlets, adapted for REST inlets, is coupled with a multi-objective optimization procedure. The automated procedure iterates on the parametric representation and on the numerical solution of a base flow from which the REST inlet is generated by using streamline tracing and shape transition algorithms. The typical design problem of optimizing the total pressure recovery and mass flow capture of the inlet is solved by the proposed procedure. The accuracy of the optimal solutions found is discussed and the performances of the designed REST inlets are investigated by means of fully 3-D Euler and 3-D RANS analyses.
This study addresses a computational work of the impulsive wave which is discharged from the open end of a pipe. An initial compression wave inside the pipe is assumed to propagate toward atmosphere. The over pressure and wave-length of the initial compression wave are changed to investigate the characteristic values of the impulsive wave. The second order total variation diminishing (TVD) scheme is employed to solve the axisymmetric, compressible, unsteady Euler equations. The relationship between the initial compression wave form and impulsive wave is characterized in terms of the peak pressure of the impulsive wave and its directivity. The results obtained show that for the initial compression wave of a large wave-length the peak pressure of the impulsive wave does not depend on the over pressure of the initial compression wave, but for the initial compression wave of a very short wave-length, like a shock wave, the peak pressure of the impulsive wave is increased with an increase in the over pressure of the initial compression wave. The directivity of the impulsive wave to the pipe axis becomes significant with a decrease in the wave-length of the initial compression wave.
The tailoring optimization technique recently developed by the author for improving structural response and energy absorption of composites is extended to sandwich shells using a previously developed zig-zag shell model with hierarchic representation of displacements. The in-plane variation of the stiffness properties of plies and the through-the thickness variation of the core properties are determined solving the Euler-Lagrange equations of an extremal problem in which the strain energy due to out-of-plane strains and stresses is minimised, while that due to their in-plane counterparts is maximised. In this way, the energy stored by unwanted out-of-plane modes involving weak properties is transferred to acceptable in-plane modes. As shown by the numerical applications, the critical interlaminar stress concentrations at the interfaces with the core are consistently reduced without any bending stiffness loss and the strength to debonding of faces from the core is improved. The structural model was recently developed by the author to accurately describe strain energy and interlaminar stresses from the constitutive equations. It a priori fulfills the displacement and stress contact conditions at the interfaces, considers a second order expansion of Lame's coefficients and a hierarchic representation that adapts to the variation of solutions. Its functional d.o.f. are the traditional mid-plane displacements and the shear rotations, so refinement implies no increase of the number of functional d.o.f. Sandwich shells are represented as multilayered shells made of layers with different thickness and material properties, the core being treated as a thick intermediate layer.
Throughout this paper, we are working on the complex number field C. The aim of this paper is to explain the applications of Theorem 2 in .cint. 1. In the surface theory, the adjoint linear system has played important roles and many tools have been developed to understand it. In the cases of higher dimensional varieties, we don't have any useful tools so far. Theorem 2 implies that it is enough to compute the dimension of the adjoint linear system to check the birationality. We can compute, somehow, the dimension of the adjoint linear system. For example, we can get an information about $h^{0}$ (X, $O_{x}$( $K_{x}$ + D)) from Euler characteristic of vertical bar $K_{X}$ + D vertical bar and some vanishing theorems. We are going to show the applications of Theorem 2 to smooth three-folds and smooth fourfold, specially, of general type with a nef canonical divisor, smooth Fano variety, and Calabi-Yau manifold. Our main results are Theorem A and Theorem B. Most of birationality problems in Theorem A and Theorem B have been studied. (see Ando [1] and Matsuki [4] for the detail matters.) But Theorem 2 gives short and easy proofs in the cases of dimension 3 and improves the previously known results in the cases of dimension 4.4. 4.4.
It is necessary to develop the simulator for the test of stability and torque before the walking experiment of biped robot, because a robot may be damaged in an actual experiment. This thesis deals with the development of three-dimensional simulator for improving efficiency and safety during development and experimentation. The simulator is composed of three parts-solving dynamics, rendering pictures and communicating with the robot. In the first part, the D-H parameter and parameter of links can be loaded from the file and edited in the program. The results are obtained by using the Newton-Euler method and are stored in the file. Through the above process, the proper length of link and driving force can be found by using simulator before designing the robot. The second part is organized so that the user can easily see a specific value or a portion he wants by setting viewing parameters interactively. A robot is also shown as a shaded rendering picture in this part. In the last part, the simulator sends each desired angle of joints to the robot controller and each real angle of joints is taken from the controller and passed to the second part. The safety of the experiment is improved by driving the robot after checking whether the robot can be actuatable or not and whether the ZMP is located within the sole of the foot or not for a specific gait. The state of the robot can be easily grasped by showing the shaded rendering picture which displays the position of the ZMP, the driving force and the shape of robot.
The twin impulse wave leads to very complicated flow fields, such as Mach stem, spherical waves, and vortex ring. The twin impulse wave discharged from the exits of the two tubes placed in parallel is investigated to understand detailed flow physics associated with the twin impulse wave, compared with those in a single impulse wave. In the current study, the merging phenomena and propagation characteristics of the impulse waves are investigated using a shock tube experiment and by numerical computations. The Harten-Yee's total variation diminishing (TVD) scheme is used to solve the unsteady, two-dimensional, compressible, Euler equations. The Mach number $M_{s}$, of incident shock wave is changed below 1.5 and the distance between two-parallel tubes, L/d, is changed from 1.2 to 4.0. In the shock tube experiment, the twin impulse waves are visualized by a Schlieren optical system for the purpose of validation of computational work. The results obtained show that on the symmetric axis between two parallel tubes, the peak pressure produced by the twin-impulse waves and its location strongly depend upon the distance between two parallel tubes, L/d and the incident shock Mach number, $M_{s}$. The predicted Schlieren images represent the measured twin-impulse wave with a good accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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