Immersed boundary lattice Boltzmann method has been applied to analyze the characteristics of the self-propelled fish motion swimming robot. The airfoil NACA0012 with caudal fin stroke model was considered to examine the characteristics. The foil in steady forward motion and a combination of steady-state harmonic deformation produces thrust through the formation of a flow downstream from the trailing edge. The harmonic motion of the foil causes unsteady shedding of vorticity from the trailing edge, while forming the vortices at the leading edge as well. The resultant thrust is developed by the pressure difference formed on the upper and lower surface of the airfoil. and the time averaged thrust coefficient increases as Re increase in the region of $Re{\leqq}700$. The suggested numerical method is suitable to develop the fish-motion model to control the swimming robot, however It would need to extend in 3D analysis to examine the higher Re and to determine the more detail mechanism of thrust production.
This study, analyses the seismic response for a rigid massless square foundation resting on a viscoelastic soil layer limited by rigid bedrock. The foundation is subjected either to externally applied forces or to obliquely incident seismic body or surface harmonic seismic waves P, SV and SH. A 3-D frequency domain BEM formulation in conjunction with the thin layer method (TLM) is adapted here for the solution of elastodynamic problems and used for obtained the seismic response. The mathematical approach is based on the method of integral equations in the frequency domain using the formalism of Green's functions (Kausel and Peck 1982) for layered soil, the impedance functions are calculated by the compatibility condition. In this study, The key step is the characterization of the soil-foundation interaction with the input motion matrix. For each frequency the impedance matrix connects the applied forces to the resulting displacement, and the input motion matrix connects the displacement vector of the foundation to amplitudes of the free field motion. This approach has been applied to analyze the effect of soil-structure interaction on the seismic response of the foundation resting on a viscoelastic soil layer limited by rigid bedrock.
Ajri, Masoud;Rastgoo, Abbas;Fakhrabadi, Mir Masoud Seyyed
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.5
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pp.623-637
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2019
This paper analyzes the non-stationary vibration and super-harmonic resonances in nonlinear dynamic motion of viscoelastic nano-resonators. For this purpose, a new coupled size-dependent model is developed for a plate-shape nano-resonator made of nonlinear viscoelastic material based on modified coupled stress theory. The virtual work induced by viscous forces obtained in the framework of the Leaderman integral for the size-independent and size-dependent stress tensors. With incorporating the size-dependent potential energy, kinetic energy, and an external excitation force work based on Hamilton's principle, the viscous work equation is balanced. The resulting size-dependent viscoelastically coupled equations are solved using the expansion theory, Galerkin method and the fourth-order Runge-Kutta technique. The Hilbert-Huang transform is performed to examine the effects of the viscoelastic parameter and initial excitation values on the nanosystem free vibration. Furthermore, the secondary resonance due to the super-harmonic motions are examined in the form of frequency response, force response, Poincare map, phase portrait and fast Fourier transforms. The results show that the vibration of viscoelastic nanosystem is non-stationary at higher excitation values unlike the elastic ones. In addition, ignoring the small-size effects shifts the secondary resonance, significantly.
In the first part of the paper, the optimal design parameters for tuned liquid column dampers (TLCD) in harmonic pitching motion were investigated. The configurations in design tables include uniform and non-uniform TLCDs with cross-sectional ratios of 0.3, 0.6, 1, 2 and 3 for the design in different situations. A closed-form solution of the structural response was used for performing numerical optimization. The results from optimization indicate that the optimal structural response always occurs when the two resonant peaks along the frequency axis are equal. The optimal frequency tuning ratio, optimal head loss coefficient, the corresponding response and other useful quantities are constructed in design tables as a guideline for practitioners. As the value of the head loss coefficient is only available through experiments, in the second part of the paper, the prediction of head loss coefficients in the form of a design chart are proposed based on a series of large scale tests in pitching base motions, aiming to ease the predicament of lacking the information of head loss for those who wishes to make designs without going through experimentation. A large extent of TLCDs with cross-sectional ratios of 0.3, 0.6, 1, 2 and 3 and orifice blocking ratios ranging from 0%, 20%, 40%, 60% to 80% were inspected by means of a closed-form solution under harmonic base motion for identification. For the convenience of practical use, the corresponding empirical formulas for predicting head loss coefficients of TLCDs in relation to the cross-sectional ratio and the orifice blocking ratio were also proposed. For supplemental information to horizontal base motion, the relation of head loss values versus blocking ratios and the corresponding empirical formulas were also presented in the end.
We consider the multi-harmonic model for the bubble evolution in the Rayleigh-Taylor instability in two and three dimensions. We extend the multi-harmonic model in two dimensions to a high-order and present a new class of steady-state solutions of the bubble motion. The growth rate of the bubble is expressed by a continuous family of two free parameters. The critical point in the family of solutions is identified as a saddle point and is chosen as the physically significant solution. We also present the multi-harmonic model in the cylindrical geometry and find the steady-state solution of the axisymmetric bubble. Validity and limitation of the model are also discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.10a
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pp.250-257
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1995
The properties of Tuned Liquid Damper are investigated theoretically. In this study, numerical model is a nonlinear model for a rectangular TLD under horizontal motion on the basis of the shallow water wave theory, where the damping of the liquid motion is included semianalytically. For TLD subjected to harmonic external force, the liquid motion of TLD is simulated. Analysis result is showed that liquid motion in TLD is strongli nonlinear even under small excitation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.6
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pp.92-100
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2002
In this study, transonic/supersonic nonlinear flutter analysis system of a complete aircraft including forced harmonic motion pf control surfaces has been effectively developed using the modified transonic small disturbance (TSD) equation. To consider the nonlinear effects, the coupled time marching method (CTM) combining computational structural dynamics (CFD) has been directly applied for aeroelastic computations. The grid system for a complex full aircraft configuration is effectively generated by the developed inhouse code. Intransonic and supersonic flight regimes, the characteristics of static and dynamic aeroelastic effect has been investigated for a complete aircraft model. Also, nonlinear flutter flight simulations for the forced harmonic motion of control surfaces are practically presented in detail.
This paper investigates the dynamic response of a functionally graded material (FGM) coated half-plane excited by distributed time harmonic loading. Three types of typical distributed surface loads, including uniform load, Hertz load, and square-root singular load, are considered. The mass density and elastic modulus of the FGM coating are supposed to be described by the exponential function. The material damping is modelled by a linearly hysteretic damping which is expressed by a complex modulus in the time harmonic motion. Using Fourier integral transform technique and numerical integral method, the effects of the excitation frequency, gradient index, damping, and load type on the dynamic stresses and displacements are discussed.
An analysis of dynamic responses is carried out on monoclinic anisotropic system due to a buried harmonic line source. The load is in the form of a normal stress acting along an arbitrary axis on the plane of symmetry within the orthotropic materials: In case that the line load is acting along the symmetry axis normal to the plane of symmetry, plane wave equation is coupled with verital shear wave and longitudinal wave. However, if the line load is acting along an arbitrary axis normal to the plane of symmetry, plane wave equation is coupled with vertical shear wave, longitudinal wave and horizontal shear wave. We first considered the equation of motion in a reference coordinate system, where the line load is coincident with a symmetry axis of the orthotropic material. Then the equation of motion is transformed into one with respect to general coordinate system with azimuthal angle by using transformation tensor. Plane wave solutions of monoclinic systems are derived for infinite media. Finally complete solutions for the plane harmonic wave are obtained by calculating the inverse of the integral transforms, in which bulk wave poles are avoided by deforming the contour of the integration to the complex plane. Numerical results for examples of orthotropic material belonging to monoclinic symmetry are demonstrated.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.12
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pp.921-928
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2002
Main sources of the nitration of a gear-pair system are backlash and transmission error, the difference between required and actual rotation during gear meshing. This paper presents the nonlinear dynamic characteristics of gear motions due to the existence of backlash and periodic variation of meshing stiffness, which is assumed as a one-term harmonic component. Gear motions are classified as three types with the consideration of backlash. Each response is calculated using the harmonic balance method and confirmed by numerical integration. The responses with the increase of the rotating speed show abrupt changes in its magnitude for the variation of the preload, exciting force, and damping coefficient. The result also shows that there is a chaotic motion with some specific design parameters and operating conditions In gear diving system. Consequently the design of gear driving system with low nitration and noise requires the study on the effects of nonlinear dynamic characteristics due to stiffness variation and backlash.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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