Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.4
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pp.428-433
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2015
A non-symmetric laser beam was used for cutting a thin glass substrate and its effect was investigated. In laser cutting of brittle materials, controlling crack initiation on the surface is crucial; however, it is difficult to ensure that crack propagation occurs according to a designed laser path. A lot of deviation in crack propagation, especially at the edge of the substrate, is usually observed. A non-symmetric laser beam generates a non-uniform energy distribution, which enhances directional crack propagation. A 20-W pulsed YAG laser was used for cutting a thin glass substrate. Parametric analysis was carried out and the crack control of the non-symmetric laser beam was improved. A theoretical model was presented and the limitations of the proposed process were also discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.369-376
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2000
For the general loading condition and boundary condition, it is very difficult to obtain closed-form solutions for buckling loads and natural frequencies of thin-walled structures because its behaviour is very complex due to the coupling effect of bending and torsional behaviour. Consequently most of previous finite element formulations introduced approximate displacement fields using shape functions as Hermitian polynomials, isoparametric interpoation function, and so on. The purpose of this study is to calculate the exact displacement field of a thin-walled straight beam element with the non-symmetric cross section and present a consistent derivation of the exact dynamic stiffness matrix. An exact dynamic element stiffness matrix is established from Vlasov's coupled differential equations for a uniform beam element of non-symmetric thin-walled cross section. This numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. The natural frequencies are evaluated for the non-symmetric thin-walled straight beam structure, and the results are compared with available solutions in order to verify validity and accuracy of the proposed procedures.
For the spatially coupled free vibration analysis of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beam subjected to initial axial force, an exact dynamic element stiffness matrix of curved beam is evaluated. Firstly equations of motion and force-deformation relations are rigorously derived from the total potential energy for a curved beam element. Next a system of linear algebraic equations are constructed by introducing 14 displacement parameters and transforming the second order simultaneous differential equations into the first order simultaneous differential equations. And then explicit expressions for displacement parameters are numerically evaluated via eigensolutions and the exact $14{\times}14$ dynamic element stiffness matrix is determined using force-deformation relations. To demonstrate the accuracy and the reliability of this study, the spatially coupled natural frequencies of shear deformable thin-walled non-symmetric curved beams subjected to initial axial forces are evaluated and compared with analytical and FE solutions using isoparametric and Hermitian curved beam elements and results by ABAQUS's shell elements.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.1033-1039
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2006
To overcome the drawback of currently available curved beam theories having non-symmetric thin-walled cross sections, a curved beam theory based on centroid-shear center formulation is presented for the spatially coupled free vibration and elastic analyses. For this, the elastic strain and kinetic energies considering the thickness-curvature effect and the rotary inertia of curved beam are derived by degenerating the energies of the elastic continuum to those of curved beam. And then the equilibrium equations and the boundary conditions are consistently derived for curved beams having non-symmetric thin-walled cross section. It is emphasized that for curved beams with L- or T-shaped sections, this thin-walled curved beam theory can be easily reduced to tl1e solid beam theory by simply putting the sectional properties associated with warping to zero. In order to illustrate the validity and the accuracy of this study, FE solutions using the Hermitian curved beam elements are presented and compared with the results by previous research and ABAQUS's shell elements.
The spatially coupled buckling, in-plane, and lateral bucking analyses of thin-walled Timoshenko curved beam with non-symmetric, double-, and mono-symmetric cross-sections resting on elastic foundation are performed based on series solutions. The stiffness matrices are derived rigorously using the homogeneous form of the simultaneous ordinary differential equations. The present beam formulation includes the mechanical characteristics such as the non-symmetric cross-section, the thickness-curvature effect, the shear effects due to bending and restrained warping, the second-order terms of semitangential rotation, the Wagner effect, and the foundation effects. The equilibrium equations and force-deformation relationships are derived from the energy principle and expressions for displacement parameters are derived based on power series expansions of displacement components. Finally the element stiffness matrix is determined using force-deformation relationships. In order to verify the accuracy and validity of this study, the numerical solutions by the proposed method are presented and compared with the finite element solutions using the classical isoparametric curved beam elements and other researchers' analytical solutions.
The dynamic response of a finite Bernoulli-Euler beam resting on a tensionless Pasternak foundation and subjected to a concentrated harmonic load is investigated in this study. This load may be applied at the center of the beam, or it may be offset from the center. Since the elastic foundation is assumed to be tensionless, the beam may lift off the foundation, resulting in contact and non-contact regions in the system. An analytical/numerical solution is obtained from the governing equations of the contact and non-contact regions to determine the coordinates of the lift-off points. Although there is no nonlinear term in the equations, the problem appears to be nonlinear since the contact regions are not known in advance. Due to that nonlinearity, the essentials of the problem (the coordinates of the lift-off points) are calculated numerically using the Newton-Raphson technique. The results, which represent the symmetric and asymmetric responses of the beam, are presented graphically in this work. They illustrate the effects of the forcing frequency and the beam length on the extent of the contact regions and displacements.
An improved shear deformable thin-walled curved beam theory to overcome the drawback of currently available beam theories is newly proposed for the spatially coupled free vibration and elastic analysis. For this, the displacement field considering the shear deformation effects is presented by introducing displacement parameters defined at the centroid and shear center axes. Next the elastic strain and kinetic energies considering the shear effects due to the shear forces and the restrained warping torsion are rigorously derived. Then the equilibrium equations are consistently derived for curved beams with non-symmetric thin-walled sections. It should be noticed that this formulation can be easily reduced to the warping-free beam theory by simply putting the sectional properties associated with warping to zero for curved beams with L- or T-shaped sections. Finally in order to illustrate the validity and the accuracy of this study, finite element solutions using the isoparametric curved beam elements are presented and compared with those in available references and ABAQUS's shell elements.
Alasadi, Abbas A.;Ahmed, Ridha A.;Faleh, Nadhim M.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.4
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pp.273-282
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2019
This article is concerned with the investigation of geometrically non-linear vibration response of refined thick porous nanobeams. To this end, non-local theory of elasticity has been adopted to provide the nanobeam formulation. Voids or pores can affect the material characteristics of the nanobeam. So, their effects have been considered in this research and also there are various void distributions. The closed form solution of the non-linear problem has been used that is adopted from previous articles. Then, it is focused on the impacts of non-local field, void distribution, void amount and geometrical properties on non-linear vibrational characteristic of a nano-size beam.
The paper investigates beam lateral buckling stability according to linear and non-linear models. Closed form solutions for single-symmetric cross sections are first derived according to a non-linear model considering flexural-torsional coupling and pre-buckling deformation effects. The closed form solutions are compared to a beam finite element developed in large torsion. Effects of pre-buckling deflection and gradient moment on beam stability are not well known in the literature. The strength of singly symmetric I-beams under gradient moments is particularly investigated. Beams with T and I cross-sections are considered in the study. It is concluded that pre-buckling deflections effects are important for I-section with large flanges and analytical solutions are possible. For beams with T-sections, lateral buckling resistance depends not only on pre-buckling deflection but also on cross section shape, load distribution and buckling modes. Effects of pre-buckling deflections are important only when the largest flange is under compressive stresses and positive gradient moments. For negative gradient moments, all available solutions fail and overestimate the beam strength. Numerical solutions are more powerful. Other load cases are investigated as the stability of continuous beams. Under arbitrary loads, all available solutions fail, and recourse to finite element simulation is more efficient.
Al-Maliki, Ammar F.H.;Faleh, Nadhim M.;Alasadi, Abbas A.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.6
no.2
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pp.147-159
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2019
In present article, a size-dependent refined thick beam element has been established based upon nonlocal elasticity theory. Next, it is used to explore vibration response of porous metal foam nanobeams on elastic medium. The established beam element introduces ten degrees of freedom. Different porosity distributions called uniform, symmetric and asymmetric will be employed. Herein, introduced thick beam element contains shear deformations without using correction factors. Convergence and verification studies of obtained results from finite element method are also provided. The impacts of nonlocality factor, foundation factors, shear deformation, slenderness ratio, porosity kinds and porosity factor on vibration frequencies of metal foam nano-sized beams have been explored.
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