미분구적법(DQM)을 이용하여 헬리컬 스프링(helical spring)의 2차원적 탄성 문제를 계산하였다. 헬리컬 스프링의 직사각형 및 정사각형 단면적에 축방향 하중(axially loaded)이 작용했을 때의 탄성 전단 응력(elastic shear stress)을 계산하였다. 미분구적법의 결과를 다른 수치해석(successive approximation) 결과와 비교하였으며, 미분구적법은 적은 요소(grid point)를 사용하여 정확한 해석결과를 보여주었다
This paper deals with a novel application of the Generalized Differential Quadrature (G.D.Q.) method to the linear elastic static analysis of isotropic rotational shells. The governing equations of equilibrium, in terms of stress resultants and couples, are those from Reissner-Mindlin shear deformation shell theory. These equations, written in terms of internal-resultants circular harmonic amplitudes, are first put into generalized displacements form, by use of the strain-displacements relationships and the constitutive equations. The resulting systems are solved by means of the G.D.Q. technique with favourable precision, leading to accurate stress patterns.
Free vibration of orthotropic functionally graded beams, whose material properties can vary arbitrarily along the thickness direction, is investigated based on the two-dimensional theory of elasticity. A hybrid state-space/differential quadrature method is employed along with an approximate laminate model, which allows us to obtain the semi-analytical solution easily. With the introduction of continuity conditions at each fictitious interface and boundary conditions at the top and bottom surfaces, the frequency equation for an inhomogeneous beam is derived. A completely exact solution of an FGM beam with material constants varying in exponential way through the thickness is also presented, which serves a benchmark to verify the present method. Numerical results are performed and discussed.
In this paper, numerical solution of the singular integral equation for the multiple curved branch-cracks is investigated. If some quadrature rule is used, one difficult point in the problem is to balance the number of unknowns and equations in the solution. This difficult point was overcome by taking the following steps: (a) to place a point dislocation at the intersecting point of branches, (b) to use the curve length method to covert the integral on the curve to an integral on the real axis, (c) to use the semi-open quadrature rule in the integration. After taking these steps, the number of the unknowns is equal to the number of the resulting algebraic equations. This is a particular advantage of the suggested method. In addition, accurate results for the stress intensity factors (SIFs) at crack tips have been found in a numerical example. Finally, several numerical examples are given to illustrate the efficiency of the method presented.
Li, Jun;Pan, Yang Yang;Li, Jiao sheng;Li, Rong;Zheng, Tao
Journal of the Optical Society of Korea
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제18권3호
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pp.230-235
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2014
Two-step quadrature phase-shifting digital holography based on the calculated intensity of a reference wave is proposed. In the Mach-Zehnder interferometer (MZI) architecture, the method only records two quadrature-phase holograms, without reference-wave intensity or object-wave intensity measurement, to perform object recoding and reconstruction. When the reference-wave intensity is calculated from the 2D correlation coefficient (CC) method that we presented, the clear reconstruction image can be obtained by some specific algorithm. Its feasibility and validity were verified by a series of experiments with 2D objects and 3D objects. The presented method will be widely used in real-time or dynamic digital holography applications.
This paper presents a thermoelastic analysis of variable thickness plates made of functionally graded materials (FGM) subjected to mechanical and thermal loads. The thermal load is applied to the plate as a temperature difference between the top and bottom surfaces. Temperature distribution in the plate is obtained using the steady-state heat equation. Except for Poisson's ratio, all mechanical properties of the plate are assumed to vary linearly along the thickness direction based on the volume fractions of ceramic and metal. The plate is resting on an elastic foundation modeled based on the Winkler foundation model. The governing equations are derived based on the third-order shear deformation theory (TSDT) and are solved numerically for various boundary conditions using the differential quadrature method (DQM). The effects of various parameters on the stress distribution and deflection of the plate are investigated such as the value of thermal and mechanical loads, volume fractions of ceramic and metal, and the stiffness coefficients of the foundation.
In this paper, a size-dependent dynamic investigation of a porous metal foams microbeamsis presented. The novelty of this study is to use a metal foam microbeam that contain porosities based on the refined high order shear deformation beam model, with sinusoidal shear strain function, and the modified strain gradient theory (MSGT) for the first time. The Lagrange's principle combined with differential quadrature hierarchicalfinite element method (DQHFEM) are used to obtain the porous microbeam governing equations. The solutions are presented for the natural frequencies of the porous and homogeneoustype microbeam. The obtained results are validated with the analytical methods found in the literature, in order to confirm the accuracy of the presented resolution method. The influences of the shape of porosity distribution, slenderness ratio, microbeam thickness, and porosity coefficient on the free vibration of the porous microbeams are explored in detail. The results of this paper can be used in various design formetallic foammicro-structuresin engineering.
In this paper, Bishop theory performs longitudinal vibration analysis of Nano-beams. Its governing equation, due to integrated displacement field and more considered primarily effects compared with other theories, enjoys fully completed status, and more reliable results as well. This article aims to find how Bishop theory and Two-phase elasticity work together. In other words, whether Bishop theory will be compatible with Two-phase local/nonlocal elasticity. Hamilton's principle is employed to derive governing equation of motion, and then the 6th order of Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) as a constructive numerical method is utilized to attain the discretized two-phase formulation. To acquire a proper verification procedure, exact solution is prepared to be compared with current results. Furthermore, the effects of key parameters on the objective are investigated.
Nazira Mohamed;Salwa A. Mohamed;Alaa A. Abdelrhmaan;Mohamed A. Eltaher
Steel and Composite Structures
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제46권6호
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pp.759-772
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2023
This manuscript presents a comprehensive mathematical model to investigate buckling stability and postbuckling response of bio-inspired composite beams with helicoidal orientations. The higher order shear deformation theory as well as the Timoshenko beam theories are exploited to include the shear influence. The equilibrium nonlinear integro-differential equations of helicoidal composite beams are derived in detail using the energy conservation principle. Differential integral quadrature method (DIQM) is employed to discretize the nonlinear system of differential equations and solve them via the Newton iterative method then obtain the response of helicoidal composite beam. Numerical calculations are carried out to check the validity of the present solution methodology and to quantify the effects of helicoidal rotation angle, elastic foundation constants, beam theories, geometric and material properties on buckling, postbuckling of bio-inspired helicoidal composite beams. The developed model can be employed in design and analysis of curved helicoidal composite beam used in aerospace and naval structures.
Concurrent topology optimization of macrostructure and microstructure has attracted significant interest due to its high structural performance. However, most of the existing works are carried out under deterministic conditions, the obtained design may be vulnerable or even cause catastrophic failure when the load position exists uncertainty. Therefore, it is necessary to take load position uncertainty into consideration in structural design. This paper presents a computational method for robust concurrent topology optimization with consideration of load position uncertainty. The weighted sum of the mean and standard deviation of the structural compliance is defined as the objective function with constraints are imposed to both macro- and micro-scale structure volume fractions. The Bivariate Dimension Reduction method and Gauss-type quadrature (BDRGQ) are used to quantify and propagate load uncertainty to calculate the objective function. The effective properties of microstructure are evaluated by the numerical homogenization method. To release the computation burden, the decoupled sensitivity analysis method is proposed for microscale design variables. The bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method is used to obtain the black-and-white designs. Several 2D and 3D examples are presented to validate the effectiveness of the proposed robust concurrent topology optimization method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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