Krommer, Michael;Vetyukova, Yury;Staudigl, Elisabeth
Smart Structures and Systems
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제18권1호
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pp.155-181
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2016
In the present paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour of thin piezoelastic plates. The first part of the paper is concerned with the modelling of such plates. We discuss the constitutive modelling, starting with the three-dimensional constitutive relations within Voigt's linearized theory of piezoelasticity. Assuming a plane state of stress and a linear distribution of the strains with respect to the thickness of the thin plate, two-dimensional constitutive relations are obtained. The specific form of the linear thickness distribution of the strain is first derived within a fully geometrically nonlinear formulation, for which a Finite Element implementation is introduced. Then, a simplified theory based on the von Karman and Tsien kinematic assumption and the Berger approximation is introduced for simply supported plates with polygonal planform. The governing equations of this theory are solved using a Galerkin procedure and cast into a non-dimensional formulation. In the second part of the paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour for single term and multi term solutions of the non-dimensional equations. Finally, numerical results are presented using the Finite Element implementation for the fully geometrically nonlinear theory. The results from the simplified von Karman and Tsien theory are then verified by a comparison with the numerical solutions.
This paper develops a spectral element model for the composite beams with a surface-bonded piezoelectric layer from the governing equations of motion. The governing equations of motion are derived from Hamilton's principle by applying the Bernoulli-Euler beam theory for the bending vibration and the elementary rod theory for the longitudinal vibration of the composite beams. For the PZT layer, the Bernoulli-Euler beam theory and linear piezoelectricity theory are applied. The high accuracy of the present spectral element model is evaluated through the numerical examples by comparing with the finite element analysis results.
Based on a weakly non-Gaussian theory the occurrence probability of freak waves is formulated in terms of the number of waves in a time series and the surface elevation kurtosis. Finite kurtosis gives rise to a significant enhancement of freak wave generation in comparison with the linear narrow banded wave theory. For fixed number of waves, the estimated amplification ratio of freak wave occurrence due to the deviation from the Gaussian theory is 50% - 300%. The results of the theory are compared with laboratory and field data.
Park, Jae-Weon;Yoo, Wan-Suk;Lee, Suk;Im, Ki-Hong;Park, Jin-Young
Journal of Mechanical Science and Technology
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제17권4호
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pp.484-491
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2003
For most of linear time-varying (LTV) systems, it is difficult to design time-varying controllers in analytic way. Accordingly, by approximating LTV systems as uncertain linear time-invariant, control design approaches such as robust control have been applied to the resulting uncertain LTI systems. In particular, a robust control method such as quantitative feedback theory (QFT) has an advantage of guaranteeing the frozen-time stability and the performance specification against plant parameter uncertainties. However, if these methods are applied to the approximated linear. time-invariant (LTI) plants with large uncertainty, the resulting control law becomes complicated and also may not become ineffective with faster dynamic behavior. In this paper, as a method to enhance the fast dynamic performance of LTV systems with bounded time-varying parameters, the approximated uncertainty of time-varying parameters are reduced by the proposed QFT parameter-scheduling control design based on radial basis function (RBF) networks.
This paper proposes a linear distributed target tracking filter for multiple unmanned aerial vehicles(UAVs) sharing their passive sensor measurements through communication channels. Different from the conventional nonlinear filtering schemes, the distributed passive target tracking problem is newly formulated within the framework of a linear robust state estimation theory incorporated with a linear uncertain measurement equation including the coordinate transform uncertainty. To effectively cope with the performance degradation due to the coordinate transform uncertainty, a linear consistent robust Kalman filter(CRKF) theory is devised and applied for designing a distributed passive target tracking filter. Through the simulations for typical UAV surveillance mission, the superior performance of the proposed method over the existing schemes of distributed passive target tracking are demonstrated.
This paper intends to provide an analytic vibrational model of non-circular cutting by a lathe and to investigate its stability criteria. A single degree-of-freedon model based on the orthogonal cutting theory has the characteristics of parametric excitation due to the nonlinear cutting force that changes periodically its direction as well as its magnitude. The Floquet theory has been applied to investigate the stability of the linearized system and the stability diagrams have been obtained with respect to the ovality, the cut velocity and the cut depth. Also nonlinear analysis has been performed to verify the linear analysis and compare the results with those from circular cutting. Results show that a critical cut depth is decreased as the ovality is increased while a critical cut velocity is increased as the ovality is increased. Also, a good agreement in critical conditions has been observed between the linear and nonlinear analyses for the ovality less than 2%. Accordingly, the linear analysis can be said to be applicable for most practical oval cuttings whose ovality are much less than 2%.
Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Nazira;Mohamed, Salwa A.
Smart Structures and Systems
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제26권2호
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pp.213-226
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2020
In this manuscript, static and dynamic behaviors of geometrically imperfect carbon nanotubes (CNTs) subject to different types of end conditions are investigated. The Doublet Mechanics (DM) theory, which is length scale dependent theory, is used in the analysis. The Euler-Bernoulli kinematic and nonlinear mid-plane stretching effect are considered through analysis. The governing equation of imperfect CNTs is a sixth order nonlinear integro-partial-differential equation. The buckling problem is discretized via the differential-integral-quadrature method (DIQM) and then it is solved using Newton's method. The equation of linear vibration problem is discretized using DIQM and then solved as a linear eigenvalue problem to get natural frequencies and corresponding mode shapes. The DIQM results are compared with analytical ones available in the literature and excellent agreement is obtained. The numerical results are depicted to illustrate the influence of length scale parameter, imperfection amplitude and shear foundation constant on critical buckling load, post-buckling configuration and linear vibration behavior. The current model is effective in designing of NEMS, nano-sensor and nano-actuator manufactured by CNTs.
Edgewise bracket에 continuous straight archwire를 장착 했을 때 각 bracket에 발생 하는 force system은 statically indeterminate system이기 때문에 임상적으로 측정이 어렵다. 이에 본 연구는 linear beam theory를 도입하여 full arch에 straight wire가 장착된 경우 geometry(a/b), 재질, 단면의 모양, interbracket distance에 관계없이 발생 가능한 모든 상태를 설명할 수 있는 식을 유도하고 일례의 분석을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Bilateral fixed beam의 양끝에서 발생하는 force system을 알 수 있는 계산식을 얻었다. 2. 이를 이용하여 continuous straight archwire가 장착된 경우 각 치아에 발생하는 force system을 알 수 있다. 3. Continuous straight archwire장착시 영구변형의 발생여부와 발생위치를 예측 할 수 있다.
선형파 이론에서 제시되는 유속분포를 이용하여 파랑인자에 의하여 영향을 받는 분산계수를 이론적으로 유도하였다. 유도된 분산계수는 수심평균, 주기 평균된 값으로 천해조건보다 심해조건에서 큰 값을 보이고 있다. 또한, 분산계수 값은 연직 방향 혼합시간에 비하여 큰 주기 값에서는 특정한 값으로 수렴하고, 매우 작은 주기 값에서는 0으로 되는 일반적인 경향도 보이고 있다. 한편, 단순한 지형 및 가정 하에서 유도된 본 분산계수를 보다 실질적인 상황에서도 적용할 수 있고, 천해영역의 조건을 반영할 수 있도록 보완·수정할 필요가 있다.
이성분 용융액의 시간의존형 응고계에서 mush 층의 대류발생을 선형 안정성 이론으로 해석하였다. 본 연구에서는 근공융물 mush 층을 다공성 블록으로 가정한 단순화된 모델에 전파이론을 적용하여 대류발생 임계조건을 구하였다. 본 연구 모델에서는 기존의 실험결과 및 mush층 위의 액체층을 포함하여 고려한 이론적 연구의 결과보다 더 높은 임계 Rayleigh 수가 얻어졌다. mush 층의 윗 경계면에 일정압력(투과)조건을 적용하는 경우가 비투과조건에 비해 임계 Rayleigh 수를 더 작게 하며 염화암모늄 수용액의 응고실험결과와 더 근접한 것으로 조사되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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