Sandwich elements have high flexural rigidity and high strength per density. They also have excellent anti-vibration and anti-noise characteristics. Therefore, they are used for structures of airplanes and high speed ships that must be light, as well as strong. In this paper, the Reissner-Mindlin's plate theory is studied from a Hamilton's principle point of view. This theory is modified to include the influence of shear deformation and rotary inertia, and the equation of motion is derived using energy relationships. The theory is applied to a rectangular sandwich model which has isotropic, asymmetrical faces and an isotropic core. Investigations are conducted for five different plate thicknesses. These plates are identical to the sandwich plates currently used in various structural elements of surface effect ships (SES). The boundary conditions are set to simple supports and fixed supports. The elastic and shear moduli are obtained from the four-point bending tests on the sandwich beams.
In this study, the effect of polyurethane foam filler, in addition to surface layer thickness and core material thickness, on vibration characteristics of sandwich structures was investigated. The manufacturing process was carried out according to the Taguchi method. The natural frequencies and damping ratios of the produced samples were determined experimentally for fixed-free boundary conditions. In addition, solid models were developed for test samples and their finite element analyses were performed with $ANSYS^{(R)}$ to obtain their natural frequencies and mode shapes. An acceptably good agreement was found with the comparison of experimental results with the numerically obtained ones. The most effective parameters on the vibration characteristics of the sandwich structure were determined by the Taguchi method.
A reliable analytic model that determines the cross sectional shape of a workpiece(material) in round-oval(or oval-round) pass sequence has been developed. the cross sectional shape of an outgoing workpiece is predicted by using the linear interpolation of the radius of curvature of an incoming workpiece and that of roll groove to the roll axis direction. The requirements we placed on the choice of the weighting function were to ensure boundary conditions specified. The validity of the analytic model has been examined by hot rod rolling experiment with the roll gap and specimen size changed. The cross sectional shape and area of a workpiece predicted by the proposed analytic model were good agreement with those obtained experimentally. It was found that the analytic model has not only simplicity and accuracy for practical usage but also save a large amount of computational time compared with finite element method.
The vibrations problem of thin orthotropic skew plates of linearly varying thickness is analyzed using the small deflection theory of plates. Using dimensionless oblique coordinates, the deflection surface can be expressed as a polyonmial series satisfying the boundary conditions. For orthotropic plates which is clamped on all the four edges, numerical results for the first two natural frequencies are presented for various combinations of aspect ratio, skew angle and taper parameter. The properties of material used are one directional glass fibre reinforced plastic GFRP. The results obtained may be summarised as follows: 1. In case of the first mode vibration of plates with increase in the skew angle, the natural frequencies of plates decrease. 2. As the aspect ratio decrease, the natural frequencies of plates decrease. 3. For the identical skew angle, natural frequencies of plates increase with the taper parameter of thickness.
In this work, a new trigonometry theory of shear deformation is developed for the static analysis of thick isotropic beams. The number of variables used in this theory is identical to that required in the theory of Euler-Bernoulli, sine function is used in the displacement field in terms of the coordinates of the thickness to represent the effects of shear deformation. The advantage of this theory is that shear stresses can be obtained directly from the relationships constitute, while respecting the boundary conditions at the free surface level of the beam. Therefore, this theory avoids the use of shear correction coefficients. The differential equilibrium equations are obtained using the principle of virtual works. A thick isotropic beam is considered, whose numerical study to show the effectiveness of this theory.
The present study concentrates on the weak-scatterer hypothesis for the nonlinear wave-body interaction problems. In this method, the free surface boundary conditions are linearized on the incoming wave profile and the exact body motion is applied. The considered problems are the diffraction problem near a circular cylinder and the ship response in oblique waves. The numerical method of solution is a Rankine panel method. The Rankine panel method of this study adopts the higher-order B spline basis function for the approximation of physical variables. A modified Euler scheme is applied for the time stepping, which has neutral stability. The computational result shows some nonlinear behaviors of disturbance waves and wave forces. Moreover, the ship response shows very close results to experimental data.
The transient analysis of delaminated smart composite laminates is studied using an improved layerwise laminate theory. The theory is capable of capturing interlaminar shear stresses that are critical to delamination. The presence of discrete delamination is modeled through the use of Heaviside unit step functions. Stress free boundary conditions are enforced at all fee surfaces. Continuity in displacement field and transverse shear stresses are enforced at each ply level. In modeling piezoelectric composite plates, a coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. Numerical analysis is conducted to investigate the effect of nonlinearity in the transient vibration of bimodular behavior caused by the contact impact of delaminated interfaces. Composite plates with delamination, subject to external loads and voltage history from surface bonded sensors, are investigated and the results are compared with corresponding experimental results and plates without delamination.
사용후핵연료 운반용기 표면온도가 $85^{\circ}C$를 초과할 경우, 대인용 보호막(Personnel Barrier) 또는 운반용 덮개(Transport Hood)를 설치하여 운반 중 운반용기 표면에 사람이 직접 접근할 수 없도록 하여야 한다. 운반용 덮개가 설치된 경우, 열적 안전성 평가의 한 가지 경우인 정상조건 열해석 시, 외부환경 경계조건(환경온도 및 외부복사온도)으로 적용하기 위해서 운반용 덮개 내부 열 환경 조건(내부 공기온도 및 운반용 덮개 표면온도)을 계산해야 한다. 따라서 본 연구에서는 운반용 덮개 내부 공기온도 및 표면온도를 계산하기 위한 해석적 방법 및 열전달 특성에 대한 분석을 수행하였고 CFD 해석 결과와 비교를 통해 타당성을 검증하였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권5호
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pp.545-565
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2018
A numerical code is developed based on potential flow theory to investigate nonlinear sloshing in rectangular Liquefied Natural Gas (LNG) tanks under forced excitation. Using this code, internal free-surface elevation and sloshing loads on liquid tanks can be obtained both in time domain and frequency domain. In the mathematical model, acceleration potential is solved in the calculation of pressure on tanks and the artificial damping model is adopted to account for energy dissipation during sloshing. The Boundary Element Method (BEM) is used to solve boundary value problems of both velocity potential and acceleration potential. Numerical calculation results are compared with published results to determine the efficiency and accuracy of the numerical code. Sloshing properties in partially filled rectangular and membrane tank under translational and rotational excitations are investigated. It is found that sloshing under horizontal and rotational excitations share similar properties. The first resonant mode and excitation frequency are the dominant response frequencies. Resonant sloshing will be excited when vertical excitation lies in the instability region. For liquid tank under rotational excitation, sloshing responses including amplitude and phase are sensitive to the location of the center of rotation. Moreover, experimental tests were conducted to analyze viscous effects on sloshing and to validate the feasibility of artificial damping models. The results show that the artificial damping model with modifying wall boundary conditions has better applicability in simulating sloshing under different fill levels and excitations.
Eltaher, Mohamed A.;Omar, Fatema-Alzahraa;Abdalla, Waleed S.;Kabeel, Abdallah M.;Alshorbagy, Amal E.
Structural Engineering and Mechanics
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제76권1호
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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).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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