A curve ${\gamma}$ immersed in the three-dimensional sphere ${\mathbb{S}}^3$ is said to be a slant helix if there exists a Killing vector field V(s) with constant length along ${\gamma}$ and such that the angle between V and the principal normal is constant along ${\gamma}$. In this paper we characterize slant helices in ${\mathbb{S}}^3$ by means of a differential equation in the curvature ${\kappa}$ and the torsion ${\tau}$ of the curve. We define a helix surface in ${\mathbb{S}}^3$ and give a method to construct any helix surface. This method is based on the Kitagawa representation of flat surfaces in ${\mathbb{S}}^3$. Finally, we obtain a geometric approach to the problem of solving natural equations for slant helices in the three-dimensional sphere. We prove that the slant helices in ${\mathbb{S}}^3$ are exactly the geodesics of helix surfaces.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1992.10a
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pp.339-343
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1992
For the analysis of dynamic behavior of dynamic behavior of multibody systems by cartesian coordinate method, maximal sets of generalized coordinates and maximum numbers of differential equation and constraints must be considered. Therefore the inefficiency of the increase of CPU time is occurred. This paper is to analyze the dynamic system by using the relative coordinate method without violating the geometric condition of systems. The graph theory and system topology were used for this study. The dynamic systems could be analyzed by the automatic generation of the informations like equation of motion, constraints, and external forces etc. And the results were compared and verified with dynamic commercial package DADS.
Sofiyev, Abdullah H.;Zerin, Zihni;Allahverdiev, Bilender P.;Hui, David;Turan, Ferruh;Erdem, Hakan
Steel and Composite Structures
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v.25
no.5
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pp.581-591
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2017
The dynamic instability of truncated conical shells subjected to dynamic axial load within first order shear deformation theory (FSDT) is examined. The conical shell is made from functionally graded (FG) orthotropic material. In the formulation of problem a dynamic version of Donnell's shell theory is used. The equations are converted to a Mathieu-Hill type differential equation employing Galerkin's method. The boundaries of main instability zones are found applying the method proposed by Bolotin. To verify these results, the results of other studies in the literature were compared. The influences of material gradient, orthotropy, as well as changing the geometric dimensions on the borders of the main areas of the instability are investigated.
Saoula Abdelkader;Abdelrahmane B. Benyamina;Meftah Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.343-356
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2024
This paper presents an analytical solution for correctly predicting the Lateral-Torsional Buckling critical moment of simply supported castellated beams, the solution covers uniformly distributed loads combined with compressive loads. For this purpose, the castellated beam section with hexagonal-type perforation is treated as an arrangement of double "T" sections, composed of an upper T section and a lower T section. The castellated beam with regular openings is considered as a periodic repeating structure of unit cells. According to the kinematic model, the energy principle is applied in the context of geometric nonlinearity and the linear elastic behavior of materials. The differential equilibrium equations are established using Galerkin's method and the tangential stiffness matrix is calculated to determine the critical lateral torsional buckling loads. A Finite Element simulation using ABAQUS software is performed to verify the accuracy of the suggested analytical solution, each castellated beam is modelled with appropriate sizes meshes by thin shell elements S8R, the chosen element has 8 nodes and six degrees of freedom per node, including five integration points through the thickness, the Lanczos eigen-solver of ABAQUS was used to conduct elastic buckling analysis. It has been demonstrated that the proposed analytical solution results are in good agreement with those of the finite element method. A parametric study involving geometric and mechanical parameters is carried out, the intensity of the compressive load is also included. In comparison with the linear solution, it has been found that the linear stability underestimates the lateral buckling resistance. It has been confirmed that when high axial loads are applied, an impressive reduction in critical loads has been observed. It can be concluded that the obtained analytical solution is efficient and simple, and offers a rapid and direct method for estimating the lateral torsional buckling critical moment of simply supported castellated beams.
This paper investigates the free vibrations of cylindrical shells made of time-dependent materials for different viscoelastic models under various boundary conditions. During the extraction of equations, the displacement field is estimated through the first-order shear deformation theory taking into account the transverse normal strain effect. The constitutive equations follow Hooke's Law, and the kinematic relations are linear. The assumption of axisymmetric is included in the problem. The governing equations of thick viscoelastic cylindrical shell are determined for Maxwell, Kelvin-Voigt and the first and second types of Zener's models based on Hamilton's principle. The motion equations involve four coupled partial differential equations and an analytical method based on the elementary theory of differential equations is used for its solution. Relying on the results, the natural frequencies and mode shapes of viscoelastic shells are identified. Conducting a parametric study, we examine the effects of geometric and mechanical properties and boundary conditions, as well as the effect of transverse normal strain on natural frequencies. The results in this paper are compared against the results obtained from the finite elements analysis. The results suggest that solutions achieved from the two methods are ideally consistent in a special range.
Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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2010.06a
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pp.298-302
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2010
This study proposes a differential method to analyze the properties of the topographic surface driven from lidar imagery. Although airborne lidar imagery provides elevation information rapidly, a sequence of extraction processes are needed to acquire semantic information about objects such as terrain, roads, trees, vegetation, and buildings. For the processes, the properties present in a given lidar data need to be analyzed. In order to investigate the geometric characteristics of the surface, this study employs eigenvalues of the Hessian matrix. For experiments, a lidar image containing university campus buildings with the point density of about 1 meter was processed and the results show that the approach is effective to obtain the properties of each land object Surface.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sobhani, Emad;Masoodi, Amir R.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.5
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pp.603-623
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2022
This article is dedicated to predict the natural frequencies of joined conical shell structures made of Functionally Graded Material (FGM). The structure includes two conical segments. The equivalent material properties are found by using the rule of mixture based on Voigt model. In addition, three well-known patterns are employed for distribution of material properties throughout the thickness of the structure. The main objective of the present research is to propose a novel exponential pattern and obtain the related equivalent material properties. Furthermore, the Donnell type shell theory is used to obtain the governing equations of motion. Note that these equations are obtained by employing First-order Shear Deformation Theory (FSDT). In order to discretize the governing system of differential equations, well-known and efficient semi-analytical scheme, namely Generalized Differential Quadrature Method (GDQM), is utilized. Different boundary conditions are considered for various types of single and joined conical shell structures. Moreover, an applicable modification is considered for the continuity conditions at intersection position. In the first step, the proposed formulation is verified by solving some well-known benchmark problems. Besides, some new numerical examples are analyzed to show the accuracy and high capability of the suggested technique. Additionally, several geometric and material parameters are studied numerically.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.1
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pp.165-170
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2015
The topic of this paper is the advanced absolute altitude determination for 3-D positioning using barometric altimeter and the reference station. Barometric altimeter does not provide absolute altitude because atmosphere pressure always varies over the time and geographical location. Also, since Global Navigation Satellites system such as GPS, GLONASS has geometric error, the altitude information is not available. It is the reason why we suggested the new method to improve the altitude accuracy. This paper shows 3-D positioning algorithm using absolute altitude determination method and evaluates the algorithm by real field tests. We used an accurate altitude from RTK system in Seoul as a reference data and acquired the differential value of pressure data between a reference station and a mobile station equipped in low cost barometric altimeter. In addition, the performance and advantage of the proposed method was evaluated by 3-D experiment analysis of PNS and CNS. We expect that the proposed method can expand 2-D positioning system 3-D position determination system simply and this 3-D position determination technique can be very useful for the workers in the field of fire-fighting and construction.
Nowadays computers can perform symbolic computations in addition to mere number crunching operations for which they were originally designed. Symbolic computation opens up exciting possibilities in Structural Mechanics and engineering. Classical areas have been increasingly neglected due to the advent of computers as well as general purpose finite element software. But now, classical analysis has reemerged as an attractive computer option due to the capabilities of symbolic computation. The repetitive cycles of simultaneous - equation sets required by the finite element technique can be eliminated by solving a single set in symbolic form, thus generating a truly closed-form solution. This consequently saves in data preparation, storage and execution time. The power of Symbolic computation is demonstrated by six examples by applying symbolic computation 1) to solve coupled shear wall 2) to generate beam element matrices 3) to find the natural frequency of a shear frame using transfer matrix method 4) to find the stresses of a plate subjected to in-plane loading using Levy's approach 5) to draw the influence surface for deflection of an isotropic plate simply supported on all sides 6) to get dynamic equilibrium equations from Lagrange equation. This paper also presents yet another computationally efficient and accurate numerical method which is based on the concept of derivative of a function expressed as a weighted linear sum of the function values at all the mesh points. Again this method is applied to solve the problems of 1) coupled shear wall 2) lateral buckling of thin-walled beams due to moment gradient 3) buckling of a column and 4) static and buckling analysis of circular plates of uniform or non-uniform thickness. The numerical results obtained are compared with those available in existing literature in order to verify their accuracy.
Yaghoobi, Hessameddin;Valipour, Mohammad Sadegh;Fereidoon, Abdolhossein;Khoshnevisrad, Pooria
Steel and Composite Structures
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v.17
no.5
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pp.753-776
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2014
In this paper, nonlinear vibration and post-buckling analysis of beams made of functionally graded materials (FGMs) resting on nonlinear elastic foundation subjected to thermo-mechanical loading are studied. The thermo-mechanical material properties of the beams are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents, and to be temperature-dependent. The assumption of a small strain, moderate deformation is used. Based on Euler-Bernoulli beam theory and von-Karman geometric nonlinearity, the integral partial differential equation of motion is derived. Then this PDE problem which has quadratic and cubic nonlinearities is simplified into an ODE problem by using the Galerkin method. Finally, the governing equation is solved analytically using the variational iteration method (VIM). Some new results for the nonlinear natural frequencies and buckling load of the FG beams such as the influences of thermal effect, the effect of vibration amplitude, elastic coefficients of foundation, axial force, end supports and material inhomogenity are presented for future references. Results show that the thermal loading has a significant effect on the vibration and post-buckling response of FG beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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