In recent years, the focus on vibration analysis of multilayer smart structures has attracted considerable attention in many engineering applications. In this work, vibration analysis of a three-layer microporous beam with a core amplified by a composite material reinforced with graphene platelets and two piezoelectric thin films is discussed. It is assumed that piezoelectric layers with a thickness of 0.01 core are very thin and the properties of the matrix and reinforcement vary in the thickness directions. The governing equations of motion are obtained using an energy approach and the method of numerical differential quadrature to solve them. The results of this work are compared to other research and there is good agreement between them. The influences of the volumetric weight fraction of graphene wafers, different graphene platelets distributions, porosity distribution, mass scale parameters and thin ratio of graphene platelets take into account the natural dimensionless frequencies of the micro-beam. The results of this study show that the symmetric distribution of graphene platelets based on the symmetric porosity distribution has a great influence on the natural frequencies without basic dimension of the micro-beam, while the shape ratios of graphene platelets do not have a significant influence on natural frequency changes.
Shahabeddin Hatami;Mohammad J. Zarei;Seyyed H. Asghari Pari
Advances in nano research
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v.17
no.1
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pp.19-32
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2024
Functionally graded-carbon nanotube (FG-CNT) is expected to be a new generation of materials with a wide range of potential applications in technological fields such as aerospace, defense, energy, and structural industries. In this paper, an exact finite strip method for functionally graded-carbon nanotube sandwich plates is developed using first-order shear deformation theory to get the exact natural frequencies of the plates. The face sheets of the plates are made of FG-CNT with continuous and smooth grading based on the power law index. The equations of motion have been generated based on the Hamilton principle. By extracting the exact stiffness matrix for any strip of the sandwich plate as a non-algebraic function of natural frequencies, it is possible to calculate the exact free vibration frequencies. The accuracy and efficiency of the current method is established by comparing its findings to the results of the literature works. Examples are presented to prove the efficiency of the generated method to deal with various problems, such as the influence of the length-to-height ratio, the power law index, and a core-to-face sheet thickness of the single and multi-span sandwich plates with various boundary conditions on the natural frequencies. The exact results obtained from this analysis can check the validity and accuracy of other numerical methods.
This study investigates the buckling behavior of CNTRC beams on a Winkler-Pasternak elastic foundation, considering their stiffness. To achieve the highest accuracy, the shear stiffness is taken into account based on the Higher-order Shear Deformation Theory (HSDT). A novel exponential power-law distribution of the CNT volume fraction across the beam thickness is employed to model CNTRC beams. Various reinforcement patterns are incorporated into the polymer matrix, featuring single-walled carbon nanotubes (SWCNT) that are both aligned and distributed. The effective mechanical properties of the CNTRC beam are predicted using the rule of mixtures. Hamilton's principle is applied to derive the differential equations of motion. This theoretical framework enables the validation of the approach by comparing numerical simulation results with previous studies. The impact of the exponent order (n), CNT volume fraction, geometrical ratio, and Winkler-Pasternak parameters on buckling analysis is thoroughly presented and discussed. The results indicate that, among the different types of analyzed CNTRC beams, the X-Beam pattern demonstrates the highest buckling load capacity.
An integrated model is presented to describe underground flow and mass transport, using a multicomponent multiphase approach. The comprehensive governing equation is derived considering mass and force balances of chemical species over four phases(water, oil, air, and soil) in a schematic elementary volume. Compact and systemati notations of relevant variables and equations are introduced to facilitate the inclusion of complex migration and transformation processes, and variable spatial dimensions. The resulting nonlinear system is solved by a multidimensional finite element code. The developed code with dynamic array allocation, is sufficiently flexible to work across a wide spectrum of computers, including an IBM ES 9000/900 vector facility, SP2 cluster machine, Unix workstations and PCs, for one-, two and three-dimensional problems. To reduce the computation time and storage requirements, the system equations are decoupled and solved using a banded global matrix solver, with the vector and parallel processing on the IBM 9000. To avoide the numerical oscillations of the nonlinear problems in the case of convective dominant transport, the techniques of upstream weighting, mass lumping, and elementary-wise parameter evaluation are applied. The instability and convergence criteria of the nonlinear problems are studied for the one-dimensional analogue of FEM and FDM. Modeling capacity is presented in the simulation of three dimensional composite multiphase TCE migration. Comprehesive simulation feature of the code is presented in a companion paper of this issue for the specific groundwater or flow and contamination problems.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.9
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pp.56-65
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2005
A dynamic analysis method that freezes a time domain by discretization and solves the spatial propagation equation has a unique feature that provides a degree of freedom on spatial domain compared with the space discretization or space-time discretization finite element method. Using this feature, the time finite element analysis can be effectively applied to optimize the spatial characteristics of distributed type actuators. In this research, the time domain finite element method was used to discretize the model. A state variable vector was used in the discretization to include arbitrary initial conditions. A performance index was proposed on spatial domain to consider both potential and vibrational energy, so that the resulting shape of the distributed actuator was optimized for dynamic control of the structure. It is assumed that the structure satisfies the final rest condition using the realizable control scheme although the initial disturbance can affect the system response. Both equations on states and costates were derived based on the selected performance index and structural model. Ricatti matrix differential equations on state and costate variables were derived by the reconfiguration of the sub-matrices and application of time/space boundary conditions, and finally optimal actuator distribution was obtained. Numerical simulation results validated the proposed actuator shape optimization scheme.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.11
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pp.119-125
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1990
This paper describes fiber optic voltage sensor using EOM-BSO (Electro-Optic Modulator-Bismuth Silicon Oxcide). Transceiver has an electical/optical converter and an optical/electrical converter which consist of light emitting diode, PIN-PD, and electronic circuits. Multimode fiber cable of $100/140{\mu}m$ core/clad diameter is used for connecting the transceiver to fiber cable and fiber optic voltage sensor. Before our experiments, by applying the Maxwell equations and wave equations, We derive matrix equation on wave propagation in the BSO single crystal. And also we derive optimal equation on intensity modulation arising through an analyzer. According to experi-mental results, fiber optic voltage sensor has maximum $2.5{\%}$ error within the applied AC voltage of 800V. As the applied voltage increases, saturation values of voltage sensor also increase. This phenomenon is caused by optical rotatory power of BSO single crystal. And temperature dependence of sensitivity for fiber optical rotatory power of BSO single crystal. And temperature dependence of sensitivity for fiber optic voltage sensor in the temperature range from$-20^{\circ}C\to\60^{\circ}C$ are measured within ${\pm}0.6{\%}$. And frequency characteristics of the voltage sensor has good frequency characteristics from DC to 100kHz.
Recently the stereo vision based on conics has received much attention by many authors. Conics have many features such as their matrix expression, efficient correspondence checking, abundance of conical shapes in real world. Extensions to higher algebraic curves met with limited success. Although irreducible algebraic curves are rather rare in the real world, lines and conics are abundant whose products provide good examples of higher algebraic curves. We consider plane algebraic curves of an arbitrary degree $n{\geq}2$ with a fully calibrated stereo system. We present closed form solutions to both correspondence and reconstruction problems. Let $f_1,\;f_2,\;{\pi}$ be image curves and plane and $VC_P(g)$ the cone with generator (plane) curve g and vertex P. Then the relation $VC_{O1}(f_1)\;=\;VC_{O1}(VC_{O2}(f_2)\;∩\;{\pi})$ gives polynomial equations in the coefficient $d_1,\;d_2,\;d_3$ of the plane ${\pi}$. After some manipulations, we get an extremely simple polynomial equation in a single variable whose unique real positive root plays the key role. It is then followed by evaluating $O(n^2)$ polynomials of a single variable at the root. It is in contrast to the past works which usually involve a simultaneous system of multivariate polynomial equations. We checked our algorithm using synthetic as well as real world images.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.2
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pp.117-124
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2019
Parallel sparse solvers are essential for solving large-scale finite element models. This paper introduces the combination of iterative and direct solver that can be applied efficiently to problems that require continuous solution for a subtly changing sequence of systems of equations. The iterative-direct sparse solver combination technique, proposed and implemented in the parallel sparse solver package, PARDISO, means that iterative sparse solver is applied for the newly updated linear system, but it uses the direct sparse solver's factorization of previous system matrix as a preconditioner. If the solution does not converge until the preset iterations, the solution will be sought by the direct sparse solver, and the last factorization results will be used as a preconditioner for subsequent updated system of equations. In this study, an improved method that sets the maximum number of iterations dynamically at the first Krylov iteration step is proposed and verified thereby enhancing calculation efficiency by the frequency domain analysis.
This paper deals with the accurate estimation of 3- D pose (position and orientation) of a moving object with reference to the world frame (or robot base frame), based on a sequence of stereo images taken by cameras mounted on the end - effector of a robot manipulator. This work is an extension of the previous work[1]. Emphasis is given to the 3-D pose estimation relative to the world (or robot base) frame under the presence of not only the measurement noise in 2 - D images[ 1] but also the camera position errors due to the random noise involved in joint angles of a robot manipulator. To this end, a new set of discrete linear Kalman filter equations is derived, based on the following: 1) the orientation error of the object frame due to measurement noise in 2 - D images is modeled with reference to the camera frame by analyzing the noise propagation through 3- D reconstruction; 2) an extended Jacobian matrix is formulated by combining the result of 1) and the orientation error of the end-effector frame due to joint angle errors through robot differential kinematics; and 3) the rotational motion of an object, which is nonlinear in nature, is linearized based on quaternions. Motion parameters are computed from the estimated quaternions based on the iterated least-squares method. Simulation results show the significant reduction of estimation errors and also demonstrate an accurate convergence of the actual motion parameters to the true values.
This study has three primary purposes, firstly to identify how leader's personal characters influence to his/her transformational leadership, secondly to find how transformational leadership influences to innovative behavior, finally to explore how organizational cultures moderate between transformational leadership and innovative behavior. The first part of the study, based on literature study on transformational leadership, provides insight into what are antecedents, moderators and dependent variable in transformational leadership. Firstly, leader's personal characters are selected as antecedent variables such as extroversion and self-efficacy. Secondly, innovative behavior is introduced as a dependent variable. Thirdly, two types of organizational culture are considered as moderators between leader's personal character and leadership In this study, a comprehensive research model and hypothesis were empirically tested based on data from three types of questionnaires involving 663 employees in Korean organizations. In order to test the hypotheses, we have used Structural Equations Model (SEM) from AMOS7.0. In this analysis, we have employed raw data as it is instead of correlation matrix or covariance matrix. We have tested hypotheses by examining the significance of each path of the model, and gone through the process of testing the goodness of fit of the model itself. The results of statistical analysis show the following. Firstly, one of leader's personalities, self-efficacy has positive effect on his/her transformational leadership, but extroversion does not have positive effect. Secondly, transformational leadership has positive effect on innovative behavior. Finally, there was not any cultural moderating effects between transformational leadership and innovative behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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