The present study is concerned with the stochastic linear free vibration study of laminated composite plate embedded with piezoelectric layers with random material properties. The system equations are derived using higher order shear deformation theory. The lamina material properties of the laminate are modeled as basic random variables for accurate prediction of the system behavior. A $C^0$ finite element is used for spatial descretization of the laminate. First order Taylor series based mean centered perturbation technique in conjunction with finite element method is outlined for the problem. The outlined probabilistic approach is used to obtain typical numerical results, i.e., the mean and standard deviation of natural frequency. Different combinations of simply supported, clamped and free boundary conditions are considered. The effect of side to thickness ratio, aspect ratio, lamination scheme on scattering of natural frequency is studied. The results are compared with those available in literature and an independent Monte Carlo simulation.
Composites exhibit larger dispersion in their material properties compared to conventional materials due to larger number of parameters associated with their manufacturing processes. A $C^0$ finite element method has been used for arriving at an eigenvalue problem using higher order shear deformation theory for initial buckling of laminated composite plates. The material properties have been modeled as basic random variables. A mean-centered first order perturbation technique has been used to find the probabilistic characteristics of the buckling loads with different edge conditions. Results have been compared with Monte Carlo simulation, and those available in literature.
Kim, Kwanyong;Lee, Kwangseok;Lee, Keun-Ho;Park, Young-Kwan;Choi, Woo Young
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.3
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pp.268-273
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2014
The forming, reset and set operation of bipolar resistive random access memory (RRAM) have been predicted by using a finite element (FE) model which includes interface effects. To the best of our knowledge, our bipolar RRAM model is applicable to realistic cell structure optimization because our model is based on the FE method (FEM) unlike precedent models.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1822-1831
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1995
A general formulation of the design optimization problem with the random parameters is presented here. The formulation is based on the stochastic finite element second-order perturbation method ; it takes into full account of the stress and displacement constraints together with the rates of change of the random variables. A method of direct differentiation for calculating the sensitivity coefficients in regard to the governing equation and the second-order perturbed equation is derived. A gradient-based nonlinear programming technique is used to solve the problem. The numerical results are specifically noted, where the stiffness parameter and external load are treated as random variables.
This study reported, the effect of random variation in system properties on bending response of single wall carbon nanotube reinforced composite (SWCNTRC) plates subjected to transverse uniform loading is examined. System parameters such as the SWCNT armchair, material properties, plate thickness and volume fraction of SWCNT are modelled as basic random variables. The basic formulation is based on higher order shear deformation theory to model the system behaviour of the SWCNTRC composite plate. A C0 finite element method in conjunction with the first order perturbation technique procedure developed earlier by the authors for the plate subjected to lateral loading is employed to obtain the mean and variance of the transverse deflection of the plate. The performance of the stochastic SWCNTRC composite model is demonstrated through a comparison of mean transverse central deflection with those results available in the literature and standard deviation of the deflection with an independent First Order perturbation Technique (FOPT), Second Order perturbation Technique (SOPT) and Monte Carlo simulation.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.32
no.4
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pp.432-446
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1996
A stochastic Hamilton variational principle(SHVP) is formulated for dynamic problems of linear continuum. The SHVP allows incorporation of probabilistic distributions into the finite element analysis. The formulation is simplified by transformation of correlated random variables to a set of uncorrelated random variables through a standard eigenproblem. A procedure based on the Fourier analysis and synthesis is presented for eliminating secularities from the perturbation approach. In addition to, a method to analyse stochastic design sensitivity for structural dynamics is present. A combination of the adjoint variable approach and the second order perturbation method is used in the finite element codes. An alternative form of the constraint functional that holds for all times is introduced to consider the time response of dynamic sensitivity. The algorithms developed can readily be adapted to existing deterministic finite element codes. The numerical results for stochastic analysis by proceeding approach of cantilever, 2D-frame and 3D-frame illustrates in this paper.
Kim, Jaeki;Nam, Kwangsik;choi, Jinkyu;Choi, Homin;Zhao, Shang;Yeom, Sang Hun;Lee, Seoksoon
Journal of Aerospace System Engineering
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v.9
no.2
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pp.51-56
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2015
In the vibration test, Most of the test specifications is standardized methods of sinusoidal excitation. However, in accordance with the ability of the test equipment progress and developments of electronic technology, methods of random vibration test is standardized in the MIL standard. Therefore, in this study, we tried to analyze Missile Guidance Structure using a finite element analysis with ABAQUS 6.13 that is commercial program. First, Random response analysis is analyzed. Following analyzing the results, we wanted to find the model that is lightweight and resonance does not occur.
While constructing multistorey buildings with reinforced concrete framed structures it is a common practice to provide parking space for vehicles at the ground floor level. This floor will generally consist of open frames without any infilled walls and is called an open-storey. From a post disaster damage survey carried out, it was noticed that during the January 26, 2001 Bhuj (Gujarat, India) earthquake, a large number of reinforced concrete framed buildings with open-storey at ground floor level, suffered extensive damage and in some cases catastrophic collapse. This has brought into sharp focus the need to carry out systematic studies on the seismic vulnerability of such buildings. Determination of vulnerability requires realistic structural response estimations taking into account the stochasticity in the loading and the system parameters. The stochastic finite element method can be effectively used to model the random fields while carrying out such studies. This paper presents the details of stochastic finite element analysis of a five-storey three-bay reinforced concrete framed structure with open-storey subjected to standard seismic excitation. In the present study, only the stochasticity in the system parameters is considered. The stochastic finite element method used for carrying out the analysis is based on perturbation technique. Each random field representing the stochastic geometry/material property is discretised into correlated random variables using spatial averaging technique. The uncertainties in geometry and material properties are modelled using the first two moments of the corresponding parameters. In evaluating the stochastic response, the cross-sectional area and Young' modulus are considered as independent random fields. To study the influence of correlation length of random fields, different correlation lengths are considered for random field discretisation. The spatial expectations and covariances for displacement response at any time instant are obtained as the output. The effect of open-storey is modelled by suitably considering the stiffness of infilled walls in the upper storey using cross bracing. In order to account for changes in soil conditions during strong motion earthquakes, both fixed and hinged supports are considered. The results of the stochastic finite element based seismic analysis of reinforced concrete framed structures reported in this paper demonstrate the importance of considering the effect of open-storey with appropriate support conditions to estimate the realistic response of buildings subjected to earthquakes.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1992.10a
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pp.117-123
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1992
In recent years, the finite element method has become one of the most popular numerical technique for obtaining solutions of engineering science problems. However, there exist various uncertainties in modeling the problems, such as the dimensions(geometry shape), the material properties, boundary conditions, etc. The consideration for the uncertainties inherent in the problems can be made by understanding the influences of uncertain parameters[1]. Determining the influences of uncertainties as statistical quantities using the standard finite element method requires enormous computing time, while the probabilistic finite element method is realized as an efficient scheme[2,3] yielding statistical solution with just a few direct computations. In this paper, a formulation of the probabilistic fluid-structure interaction problem accounting for the first order perturbation of geometric shape is derived, and especially probabilistical acoustic pressure scattering from the structure with surrounding fluid is focused on. In Section 2, governing equations for the fluid-structure problems are given. In Section 3, a finite element formulation, based on the functional, is presented. First order perturbation of geometric shape with randomness is incorporated into the finite element formulation in conjunction with discretization of the random fields in Section 4 and 5. Finally, the proposed formulation is applied to a acoustic pressure scattering problem from an infinitely long cylindrical shell structure with randomness of radial perturbation.
Astochastic finite element model which reflects both the effect of discontinuities and the uncertainty of material properties in underground rock mass has been developed. Latin Hypercube Sampling technique has been mobilized and compared with the Monte Carlo simulation method. To consider the effect of discontinuities, the joint finite element model, which is known to be suitable to explain faults, cleavage, things of that nature, has been used in this study. To reflect the uncertainty of material properties, multi-random variables are assumed as the joint normal stiffness and the joint shear stiffness, which could be simulated in terms of normal distribution. The developed computer program in this study has been verified by practical example and has been applied to analyze the circular cavern with discontinuous rock mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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