This paper presents the analytical solutions for the size-dependent static analysis of the functionally graded (FG) beams with various boundary conditions based on the nonlocal continuum model. The nonlocal behavior is described by the differential constitutive model of Eringen, which enables to this model to become effective in the analysis and design of nanostructures. The elastic modulus of beam is assumed to vary through the thickness or longitudinal directions according to the power law. The governing equations are derived by using the nonlocal continuum theory incorporated with Euler-Bernoulli beam theory. The explicit solutions are derived for the static behavior of the transversely or axially FG beams with various boundary conditions. The verification of the model is obtained by comparing the current results with previously published works and a good agreement is observed. Numerical results are presented to show the significance of the nonlocal effect, the material distribution profile, the boundary conditions, and the length of beams on the bending behavior of nonlocal FG beams.
This article presents a finite element (FE) model to assess the free vibration and static response of a functionally graded skew magneto-electro-elastic (FGSMEE) plate. Through the thickness material grading of FGSMEE plate is achieved using power law distribution. The coupled constitutive equations along with the total potential energy approach are used to develop the FE model of FGSMEE plate. The transformation matrix is utilized in bringing out the element matrix corresponding to the global axis to a local axis along the skew edges to specify proper boundary conditions. The effect of skew angle on the natural frequency of an FGSMEE plate is analysed. Further, the study includes the evaluation of the static behavior of FGSMEE plate for various skew angles. The influence of skew angle on the primary quantities such as displacements, electric potential, and magnetic potential, and secondary quantities such as stresses, electric displacement and magnetic induction is studied in detail. In addition, the effect of power-law gradient, thickness ratio, boundary conditions and aspect ratio on the free vibration and static response characteristics of FGSMEE plate has been investigated.
Railway vehicle equipment goes back again to the state just before when failure by the repair. In repairable system, we are interested in the failure interval. As such, a statistical model of the point process, NHPP power law is often used for the reliability analysis of a repairable system. In order to derive a quantitative reliability value of repairable system, we analyze the failure data of the air brake system of the train line 7. The quantitative value is the failure intensity function that was modified, converted into a cost-rate function. Finally we studied the optimal number and optimal interval in which the costs to a minimum consumption point as cost-rate function. The minimum cost point was 194,613 (won/day) during the total life cycle of the braking system, then the optimal interval were 2,251days and the number of optimal preventive maintenance were 7 times. Additionally, we were compared to the cost of a currently fixed interval(4Y) and the optimum interval then the optimal interval is 3,853(won/day) consuming smaller. In addition, judging from the total life, "fixed interval" is smaller than 1,157 days as "optimal interval".
We propose semi-analytic models for the electron momentum distribution in weak shocks that accounts for both in situ acceleration and re-acceleration through diffusive shock acceleration (DSA). In the former case, a small fraction of incoming electrons is assumed to be reflected at the shock ramp and pre-accelerated to the so-called injection momentum, pinj, above which particles can diffuse across the shock transition and participate in the DSA process. This leads to the DSA power-law distribution extending from the smallest momentum of reflected electrons, pref, all the way to the cutoff momentum, peq, constrained by radiative cooling. In the latter case, fossil electrons, specified by a power-law spectrum with a cutoff, are assumed to be re-accelerated from pref up to peq via DSA. We show that, in the in situ acceleration model, the amplitude of radio synchrotron emission depends strongly on the shock Mach number, whereas it varies rather weakly in the re-acceleration model. Considering the rather turbulent nature of shocks in the intracluster medium, such extreme dependence for the in situ acceleration might not be compatible with the relatively smooth surface brightness of observed radio relics.
Mechanical strength of functionally graded composite plates that composed of ceramic, functionally graded material and metal layers is investigated using 3-D finite element method. In FGM layer, material properties are assumed to be varied continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of a ceramic and metal. The 3-D finite element model is adopted by using an IS-node solid element to analyze more accurately the variation of material properties in the thickness direction. Numerical results are compared with those of the previous works. In addition, the displacements, the tensile stresses and the compressive stresses are analyzed for the variation of FGM thickness ratio and volume fraction distribution.Mechanical strength of functionally graded composite plates that composed of ceramic, functionally graded material and metal layers is investigated using 3-D finite element method. In FGM layer, material properties are assumed to be varied continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of a ceramic and metal. The 3-D finite element model is adopted by using an IS-node solid element to analyze more accurately the variation of material properties in the thickness direction. Numerical results are compared with those of the previous works. In addition, the displacements, the tensile stresses and the compressive stresses are analyzed for the variation of FGM thickness ratio and volume fraction distribution.
The current article proposed to develop a geometrical model for the analysis and modelling of the uniaxial functionally graded structure using the higher-order displacement kinematics with and without the presence of porosity including the distribution. Additionally, the formulation is capable of modelling three different kinds of grading patterns i.e., Power-law, sigmoid and exponential distribution of the individual constituents through the thickness direction. Also, the model includes the distribution of porosity (even and uneven kind) through the panel thickness. The structural governing equation of the porous graded structure is obtained (Hamilton's principle) and solved mathematically by means of the isoparametric finite element technique. Initially, the linear frequency parameters are obtained for different geometrical configuration via own computer code. The comparison and the corresponding convergence studies are performed for the unidirectional FG structure for the validation purpose. Finally, the impact of different influencing parameters like aspect ratio (O), thickness ratio (S), curvature ratio (R/h), porosity index (λ), type of porosity (even or uneven), power-law exponent (n), boundary condition on the free vibration characteristics are obtained for the FG panel and discussed in details.
The objective of this study was to investigate the destruction efficiency and to determine the fundamental parameters of oxidation kinetics under the supercritical water(SCW) condition. Target material was cephradine, toxic and antibiotic material, in the pharmaceutical wastewater. For this purpose, the effect of reaction temperature and oxidant were investigated on the destruction efficiency of cephradine. And the oxidation kinetics of cephradine was derived by using a empirical power-law model. The experiment was carried out in a cylindrical batch reactor made of Hastelloy C-276 which was endurable high temperature and pressure. The destruction efficiency of cephradine increased with increment of the temperature and reaction time. Also the type of oxidants was effected and oxidants(Air and $H_2O$$_2$) were enhanced the destruction efficiency. The global oxidation kinetics for cephradine has led to two rate expressions according to type of oxidant. - In the presence of air oxidant: Rate=k. $e^{-Ea}$RT/(Ceph.)$^{1.0}$ ( $O_2$)$^{0.51}$$\pm$0.05(k=3.27${\times}$$10^{5}$ sec. Ea=63.25 kJ/mole) - In the presence of $H_2O$$_2$ oxidant : Rate=kㆍ $e^{-Ea}$RT/(Ceph.)$^{1.0}$ ($H_2O$$_2$)$^{0.62}$$\pm$0.02(k=2.76${\times}$$10^4$/sec. Ea=47.65 kJ/mole)ole))
The free vibration frequency responses of the graded flat and curved (cylindrical, spherical, hyperbolic and elliptical) panel structures investigated in this research considering the rectangular and tilted planforms under unlike temperature loading. For the numerical implementation purpose, a micromechanical model is prepared with the help of Voigt's methodology via the power-law type of material model. Additionally, to incur the exact material strength, the temperature-dependent properties of each constituent of the graded structure included due to unlike thermal environment. The deformation kinematics of the rectangular/tilted graded shallow curved panel structural is modeled via higher-order type of polynomial functions. The final form of the eigenvalue equation of the heated structure obtained via Hamilton's principle and simultaneously solved numerically using finite element steps. To show the solution accuracy, a series of comparison the results are compared with the published data. Some new results are exemplified to exhibit the significance of power-law index, shallowness ratio, aspect ratio and thickness ratio on the combined thermal eigen characteristics of the regular and tilted graded panel structure.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제22권4호
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pp.1-12
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2022
In order to overcome the power fluctuation issues in photovoltaic (PV) smart grid-connected systems and the inverter nonlinearity model problem, an adaptive backstepping command-filter and a double second order generalized Integrators (DSOGI) controller are designed in order to tune the AC current and the DC-link voltage from the DC side. Firstly, we propose to present the filter mathematical model throughout the PV system, at that juncture the backstepping control law is applied in order to control it, Moreover the command filter is bounded to the controller aiming to exclude the backstepping controller differential increase. Additionally, The adaptive law uses Lyapunov stability criterion. Its task is to estimate the uncertain parameters in the smart grid-connected inverter. A DSOGI is added to stabilize the grid currents and eliminate undesirable harmonics meanwhile feeding maximum power generated from PV to the point of common coupling (PCC). Then, guaranteeing a dynamic effective response even under very unbalanced loads and/or intermittent climate changes. Finally, the simulation results will be established using MATLAB/SIMULINK proving that the presented approach can control surely the smart grid-connected system.
Shyam K. Chaudhary;Vishesh R. Kar;Karunesh K. Shukla
Advances in aircraft and spacecraft science
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제10권2호
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pp.127-140
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2023
The present article focuses on the thermoelastic deformation behavior of inhomogeneous functionally graded metal/ceramic cylindrical shell structure with multiple perforations using 2D finite element approximation. Here, cylindrical shell structure is considered with single (1×1) and multiple (2×2, 3×3 and 4×4) perforations. The temperature-dependent elastic and thermal properties of functionally graded material are evaluated using Voigt's micromechanical material scheme via power-law function. The kinematics of the proposed model is based on the equivalent single-layer first-order shear deformation mid-plane theory with five degrees-of-freedom. Here, 2D isoparametric finite element solutions are obtained using eight-node quadrilateral elements. The mesh refinement of present finite element model is performed to confirm the appropriate number of elements and nodes for the analysis purpose. Subsequently, a comparison test is conducted to demonstrate the accuracy of present results. In later section, numerous numerical illustrations are demonstrated at different set of conditions by varying structural, material and loading parameters and that confirms the significance of various parameters such as power-law index, aspect ratio, thickness ratio, curvature ratio, number of perforations and temperature on the deformation characteristics of functionally graded cylindrical shell structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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