Nazira Mohamed;Salwa A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.11
no.1
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pp.55-81
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2024
This paper presents the exact solutions and closed forms for of nonlinear stability and vibration behaviors of straight and curved beams with nonlinear viscoelastic boundary conditions, for the first time. The mathematical formulations of the beam are expressed based on Euler-Bernoulli beam theory with the von Karman nonlinearity to include the mid-plane stretching. The classical boundary conditions are replaced by nonlinear viscoelastic boundary conditions on both sides, that are presented by three elements (i.e., linear spring, nonlinear spring, and nonlinear damper). The nonlinear integro-differential equation of buckling problem subjected to nonlinear nonhomogeneous boundary conditions is derived and exactly solved to compute nonlinear static response and critical buckling load. The vibration problem is converted to nonlinear eigenvalue problem and solved analytically to calculate the natural frequencies and to predict the corresponding mode shapes. Parametric studies are carried out to depict the effects of nonlinear boundary conditions and amplitude of initial curvature on nonlinear static response and vibration behaviors of curved beam. Numerical results show that the nonlinear boundary conditions have significant effects on the critical buckling load, nonlinear buckling response and natural frequencies of the curved beam. The proposed model can be exploited in analysis of macrosystem (airfoil, flappers and wings) and microsystem (MEMS, nanosensor and nanoactuators).
Won Jun Choi;Jae Hyung Park;Juhyeong Lee;Jihun Im;Yunsik Cho;Yonghee Kim;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.1002-1012
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2024
To remove insoluble fission products, which could possibly cause reactor instability and significantly reduce heat transfer efficiency from primary system of molten salt reactor, a helium bubbling method is employed into a passive molten salt fast reactor. In this regard, two-phase flow behavior of molten salt and helium bubbles was investigated experimentally because the helium bubbles highly affect the circulation performance of working fluid owing to an additional drag force. As the helium flow rate is controlled, the change of key thermal-hydraulic parameters was analyzed through a two-phase experiment. Simultaneously, to assess the applicability of numerical model for the analysis of two-phase flow behavior, the numerical calculation was performed using the OpenFOAM 9.0 code. The accuracy of the numerical analysis code was evaluated by comparing it with the experimental data. Generally, numerical results showed a good agreement with the experiment. However, at the high helium injection rates, the prediction capability for void fraction of helium bubbles was relatively low. This study suggests that the multiphaseEulerFoam solver in OpenFOAM code is effective for predicting the helium bubbling but there exists a room for further improvement by incorporating the appropriate drag flux model and the population balance equation.
The purpose of this study was to investigate the relations between the segments of the body, the three dimensional anatomical angle according to sweep shot in ice hockey. The subjects of this study were five professional ice hockey players. The reflective makers were attached on anatomical boundary line of body. For the movement analysis three dimensional cinematographical method(APAS) was used and for the calculation of the kinematic variables a self developed program was used with the LabVIEW 6.1 graphical programming(Johnson, 1999) program. By using Eular's equations the three dimensional anatomical Cardan angles of the joint and ice hockey stick were defined. 1. In three dimensional linear velocity of blade the Y axis showed maximum linear velocity almost impact, the X axis(horizontal direction) and the Z axis(vertical direction) maximum linear velocity of blade did not show at impact but after impact this will resulted influence upon hitting puck. 2. The resultant linear velocity of each segment of right arm showed maximum resultant linear velocity at impact. It could be suggest that the right arm swing patterns is kind of push-like movement. therefore the upper arm is the most important role in the right arm swing. 3. The three dimensional anatomical angular displacement of trunk in flexion-extension showed flexion all around the wrist shot. The angular displacement of trunk in internal-external rotation showed internal rotation angle at the backswing top and and increased the angle after the impact. while there is no significant adduction-abduction. 4. The three dimensional anatomical angular displacement of trunk showed most important role in wrist shot. and is follwed by shoulder joints, in addition the movement of elbow/wrist joints showed least to the shot. this study result showed upperlimb of left is more important role than upperlimb of right.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.1
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pp.1-8
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1999
In the present paper an attempt has been made to simulate the secondary injection-primary flow interaction in the conical rocket nozzle and to derive the performance of secondary injection thrust vector control(SITVC) system. Complex three-dimensional flowfield induced by the secondary injection is numerically analyzed by solving unsteady three-dimensional Euler equation with Beam and Warming's implicit approximate factorization method. Emphasized in the present study is the effect of secondary injection such as secondary mass flow rates and the momentum of secondary/primary nozzle flow mass rates upon the gross system performance parameters such as thrust ratio, specific impulse ratio and deflection angle. The results obtained in terms of system performance parameters show that lower secondary mass flow rate is advantageous for to reduce secondary specific impulse loss. It is further found that the nozzle with secondary jet injected downstream and interacting with fast primary flow is preferable for efficient and stable SITVC over the wide range of use with the penalty of side specific impulse loss.
The moving load causes the occurrence of vibrations in civil engineering structures such as bridges, railway lines, bridge cranes and others. A novel engineering method for separation of the variables in the differential equation of the elastic line of Bernoulli-Euler beam has been developed. The method can be utilized in engineering structures, leading to "a beam under moving load model" with generalized boundary conditions. This method has been implemented for analytical study of the dynamic response of the metal structure of a single girder bridge crane due to the telpher movement along the bridge girder. The modeled system includes: a crane bridge girder; a telpher, moving with a constant horizontal velocity; a load, elastically fixed to the telpher. The forced vibrations with their own frequencies and with a forced frequency, due to the telpher movement, have been analyzed. The loading resulting from the telpher uniform movement along the bridge girder is cyclical, which is a prerequisite for nucleation and propagation of fatigue cracks. The concept of "dynamic coefficient" has been introduced, which is defined as a ratio of the dynamic deflection of the bridge girder due to forced vibrations, to the static one. This ratio has been compared with the known from the literature empirical dynamic coefficient, which is due to the telpher track unevenness. The introduced dynamic coefficient shows larger values and has to be taken into account for engineering calculations of the bridge crane metal structure. In order to verify the degree of approximation, the obtained results have been compared with FEM outcomes. An additional comparison has been made with the exact solution, proposed by Timoshenko, for the case of simply supported beam subjected to a moving force. The comparisons show a good agreement.
Huang, Y.L.;Lin, Y.C.;Lee, C.F.;Chen, H.J.;Yen, T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.17
no.2
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pp.167-186
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2004
The design load-carrying capacities of wooden shores depend on factors, such as the wood species and properties, and construction methods. This paper focuses on the construction methods, including an upright single shore, group of upright shores, group of inclined shores, butt connections and lap connections. This paper reports experiments to obtain critical loads and then developed an empirical equation based on Euler' formula for the critical loads and design load-carrying capacities. The test results show that the critical loads for an upright single wooden shore are greater than the average values for a group of upright shores, and the latter are greater than the average values for a group of inclined shores. Test results also show that the critical loads become smaller when butt or lap connections are used, butt connections possessing greater critical loads than lap connections. Groups of inclined shores are very popular at work sites because they have some practical advantages even though they actually possess inferior critical loads. This paper presents an improved setup for constructing groups of inclined shores. With this method, the inclined shores have larger critical loads than upright shores. The design load-carrying capacities were obtained by multiplying the average critical loads by a resistance factor (or strength reduction factor, ${\phi}$) that were all smaller than 1. This article preliminarily suggests ${\phi}$ factors based on the test results for the reference of engineers or specification committees.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.2
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pp.79-87
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2013
In this paper, an Euler equation solver based on a Cartesian-grid method and non-uniform staggered grid system is applied to predict the ship motion response and added resistance in waves. Water, air, and solid domains are identified by a volume-fraction function for each phase and in each cell. For capturing the interface between air and water, the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme is used with a weighed line interface calculation (WLIC) method. The volume fraction of solid body embedded in a Cartesian-grid system is calculated by a level-set based algorithm, and the body boundary condition is imposed by volume weighted formula. Added resistance is calculated by direct pressure integration on the ship surface. Numerical simulations for a Wigley III hull and an S175 containership in regular waves have been carried out to validate the newly developed code, and the ship motion responses and added resistances are compared with experimental data. For S175 containership, grid convergence test has been conducted to investigate the sensitivity of grid spacing on the motion responses and added resistances.
Eltaher, Mohamed A.;Omar, Fatema-Alzahraa;Abdalla, Waleed S.;Kabeel, Abdallah M.;Alshorbagy, Amal E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.1
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pp.141-151
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2020
This manuscript tends to investigate influences of nanoscale and surface energy on a static bending and free vibration of piezoelectric perforated nanobeam structural element, for the first time. Nonlocal differential elasticity theory of Eringen is manipulated to depict the long-range atoms interactions, by imposing length scale parameter. Surface energy dominated in nanoscale structure, is included in the proposed model by using Gurtin-Murdoch model. The coupling effect between nonlocal elasticity and surface energy is included in the proposed model. Constitutive and governing equations of nonlocal-surface perforated Euler-Bernoulli nanobeam are derived by Hamilton's principle. The distribution of electric potential for the piezoelectric nanobeam model is assumed to vary as a combination of a cosine and linear variation, which satisfies the Maxwell's equation. The proposed model is solved numerically by using the finite-element method (FEM). The present model is validated by comparing the obtained results with previously published works. The detailed parametric study is presented to examine effects of the number of holes, perforation size, nonlocal parameter, surface energy, boundary conditions, and external electric voltage on the electro-mechanical behaviors of piezoelectric perforated nanobeams. It is found that the effect of surface stresses becomes more significant as the thickness decreases in the range of nanometers. The effect of number of holes becomes significant in the region 0.2 ≤ α ≤ 0.8. The current model can be used in design of perforated nano-electro-mechanical systems (PNEMS).
Kim, Hyeong-Sam;Lee, Jae-Hyeok;Lee, Dong-Sik;Park, Se-Man
Korean Journal of Materials Research
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v.8
no.9
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pp.843-848
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1998
The Usages of composite materials have been steadily on the rise in the industries of automobiles, air crafts, shipbuilding and other structures for transportations. Commonly required in those industries are light weight and high strength of the structures. Consequently, serious efforts in research have been focused on searching for light materials and on developments and characterizations of advanced substitutes including various kinds of composite materials. In this investigation, transversely isotropic composite materials are chosen and formed into two kinds of beams; Euler-Bernoulli beam(thin team) and Timoshenko beam(thick beam) for determinations of elastic constants. As an experimental technique Impulse Excitation Method is utilized to measure resonance frequencies of the beams of the composite materials in vibration tests. Elastic constants are evaluated from measured resonance frequencies for the two types of beams to observe and establish possible existence of effects of rotary inertia and shear deformations.
The purpose of this study was to investigate the relations between the segments of the body and to qualitatively analyze coordination pattern of joints and segments during Sweep Shot movement in Ice Hockey, by utilizing coordination variables was angle vs. angle plots. By the utilization the three dimensional anatomical angle cinematography, the angles of individual joint and segment according to sweep shot in ice hockey. The subjects of this study were five professional ice hockey players. The reflective makers were attached on anatomical boundary line of body. For the movement analysis three dimensional cinematographical method(APAS) was used and for the calculation of the kinematic variables a self developed program was used with the LabVIEW 6.1 graphical programming(Johnson, 1999) program. By using Eular's equations the three dimensional anatomical Cardan angles of the joint and ice hockey stick were defined. The three dimensional anatomical angular displacement and coordination pattern of trunk and Upper limb(shoulder-elbow, elbow-wrist linked system) showed important role of sweep shot in ice hockey. As the result of this paper, for the successful movement of sweep shot in ice hockey, it is most important role of coordination pattern of trunk-shoulder, shoulder-elbow and elbow-wrist. specially turnk movememt as a proximal segment. Coordination pattern of Upper Limb(upperarm-forearm-hand) of Sweep Shot movement in Ice Hockey that utilizes coordination variables seems to be one of useful research direction to understand basic control mechanisms of Ice hockey sweep shooting linked system skill. this study result showed flexion-extension, adduction-abduction and internal-external rotation of trunk are important role of power and shooting direction coordination pattern of upper Limb of Sweep Shot movement in Ice Hockey.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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