Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.6
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pp.578-586
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2010
This paper describes a theoretical model and acoustic analysis of hysteresis of contacting surfaces subject to compression pressure. Contacting surfaces known to be nonlinear and hysteretic is considered as a simple spring that has a complex stiffness connecting discontinuous displacements between two solid contact boundaries. Mathematical formulation for 1-D interfacial wave propagation between two contacting solids is developed using the complex spring model to derive the dispersion relation between the interface wave speed and the complex interfacial stiffness. Existence of the interface wave propagating along the hysteretic interface is studied in theory and discussed by investigating the solution to the dispersion equation. Unlike the linear interface without hysteresis, there can exist only one distinct mode of interface waves for the hysteretic interface, which is anti-symmetric motion. The anti-symmetric mode of interface wave propagates with the velocity faster than the Rayleigh surface wave but less than the shear wave depending on the interfacial stiffness. If the contacting surfaces are compressed so much that the linear interfacial stiffness is very high, the hysteretic stiffness does not affect the interface wave velocity. However, it has an effect on the speed of interface wave for a loosely contact surfaces with a relatively low linear stiffness. It is also found that the phase velocity of anti-symmetric wave mode converges to the shear wave velocity in despite of the linear stiffness value if the hysteretic stiffness approaches 0.5.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.570-577
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2002
Charged liquid particle's behavior in electric and flow field was simulated to define the effect of electric field on the contact area and its dispersion. For the simulation of flow and electric field finite volume method was applied. To find out the particle's moving path in that field lagrangian equation of motion was solved by Runge-Kutta methods. We assumed that the particle was charged 10% of Rayleigh limit while the particle passing through the electrode and the particle does not have an effect on the electric field. In case of 30[Kv] of voltage charging the particles injected from the central 60% of the nozzle injection area adhere to the grounded moving plate and no dispersion occurred. Increasing the charged voltage to 40[Kv], it brought about the same phenomena as that of 30[Kv] charging except the dispersion. Voltage increasing from 30[Kv] to 40 [Kv] caused higher Coulomb force acts on the particle and it made the particle dispersion.
The dams are huge structures storing a large amount of water and failures of them cause especially irreparable loss of lives during the earthquakes. They are named as a group of structures subjected to fluid-structure interaction. So, the response of the fluid and its hydrodynamic pressures on the dam should be reflected more accurately in the structural analyses to determine the real behavior as soon as possible. Different mathematical and analytical modelling approaches can be used to calculate the water hydrodynamic pressure effect on the dam body. In this paper, it is aimed to determine the dynamic response of concrete gravity dams using different water modelling approaches such as Westergaard, Lagrange and Euler. For this purpose, Sariyar concrete gravity dam located on the Sakarya River, which is 120km to the northeast of Ankara, is selected as a case study. Firstly, the main principals and basic formulation of all approaches are given. After, the finite element models of the dam are constituted considering dam-reservoir-foundation interaction using ANSYS software. To determine the structural response of the dam, the linear transient analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake ground motion record. In the analyses, element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motions. Rayleigh damping is considered. At the end of the analyses, dynamic characteristics, maximum displacements, maximum-minimum principal stresses and maximum-minimum principal strains are attained and compared with each other for Westergaard, Lagrange and Euler approaches.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.7
no.5
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pp.793-800
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2006
DQM(differential quadrature method) is applied to computation of eigenvalues of the equations of motion governing the free in-plane vibration fur circular curved beams including both rotatory inertia and shear deformation. Fundamental frequencies are calculated for the members with clamped-clamped end conditions and various opening angles. The results are compared with numerical solutions by other methods for cases in which they are available. The differential quadrature method gives good accuracy even when only a limited number of grid points is used.
The ground acceleration measured at a point on the earth's surface is composed of several waves that have different phase velocities, arrival times, amplitudes, and frequency contents. For instance, body waves contain primary and secondary waves that have high frequency content and reach the site first. Surface waves are composed of Rayleigh and Love waves that have lower phase velocity, lower frequency content and reach the site next. Some of these waves could be of more damage to the structure depending on their frequency content and associated amplitude. This paper models critical earthquake loads for single-degree-of-freedom (SDOF) inelastic structures considering evolution of the seismic waves in time and frequency. The ground acceleration is represented as combination of seismic waves with different characteristics. Each seismic wave represents the energy of the ground motion in certain frequency band and time interval. The amplitudes and phase angles of these waves are optimized to produce the highest damage in the structure subject to explicit constraints on the energy and the peak ground acceleration and implicit constraints on the frequency content and the arrival time of the seismic waves. The material nonlinearity is modeled using bilinear inelastic law. The study explores also the influence of the properties of the seismic waves on the energy demand and damage state of the structure. Numerical illustrations on modeling critical earthquake excitations for one-storey inelastic frame structures are provided.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.1
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pp.52-58
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2019
Due to icing and snow, power transmission lines have asymmetric cross sections, and their motion becomes unstable. At this time, the vibration caused by the wind is called galloping. If galloping is continuous, short circuits or ground faults may occur. It is possible to prevent galloping by installing spacers between transmission lines. In this study, the transmission line is modeled as a mass-spring-damper system by using RecurDyn. To analyze the dynamic behavior of the transmission line, the damping coefficient is derived from the free vibration test of the transmission line and Rayleigh damping theory. The drag and lift coefficient for modeling the wind load are calculated from the flow analysis by using ANSYS Fluent. Galloping simulations according to spacer stiffness and interval are carried out. It is found that when the stiffness is 100 N/m and the interval around the support is dense, the galloping phenomenon is reduced the most.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.5
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pp.203-209
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2022
A simplified method for earthquake response analysis of a rectangular liquid storage tank is proposed with fluid-structure interaction considered. In order to simplify the complex three-dimensional structural behavior of a rectangular liquid storage tank, it is assumed that structural deformation does not occur in the plane parallel to the direction in which the earthquake ground motion is applied but in the plane perpendicular to the direction. The structural deformation is approximated by combining the natural modes of the simple beam and the cantilever beam. The hydrodynamic pressure, the structure's mass and stiffness, and the hydrodynamic pressure's added mass are derived by applying the Rayleigh-Ritz method. The natural frequency, structural deformation, pressure, effective mode mass, and effective mode height of the rectangular liquid storage tank are obtained. The structural displacement, hydrodynamic pressure, base shear, and overturning moment are calculated. The seismic response analysis of an example rectangular liquid storage tank is performed using the proposed simplified approach, and its accuracy is verified by comparing the results with the reference solution by the finite element method. Existing seismic design codes based on the hydrodynamic pressure in rigid liquid storage tanks are observed to produce results with significant errors that cannot be ignored.
Khaled Mohamed Khedher;Shahzad Ali Chattah;Mohammad Amien Khadimallah;Ikram Ahmad;Muzamal Hussain;Rana Muhammad Akram Muntazir;Mohamed Abdelaziz Salem;Ghulam Murtaza;Faisal Al-Thobiani;Muhammad Naeem Mohsin;Abeera Talib;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.16
no.6
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pp.565-577
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2024
Vibration investigation of fluid-filled functionally graded cylindrical shells with ring supports is studied here. Shell motion equations are framed first order shell theory due to Sander. These equations are partial differential equations which are usually solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the Rayleigh-Ritz procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Langrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. A cylindrical shell is immersed in a fluid which is a non-viscous one. These shells are stiffened by rings in the tangential direction. For isotropic materials, the physical properties are same everywhere where the laminated and functionally graded materials, they vary from point to point. Here the shell material has been taken as functionally graded material. After these, ring supports are located at various positions along the axial direction round the shell circumferential direction. The influence of the ring supports is investigated at various positions. Effect of ring supports with empty and fluid-filled shell is presented using the Rayleigh - Ritz method with simply supported condition. The frequency behavior is investigated with empty and fluid-filled cylindrical shell with ring supports versus circumferential wave number and axial wave number. Also the variations have been plotted against the locations of ring supports for length-to-radius and height-to-radius ratio. Moreover, frequency pattern is found for the various position of ring supports for empty and fluid-filled cylindrical shell. The frequency first increases and gain maximum value in the midway of the shell length and then lowers down. It is found that due to inducting the fluid term frequency result down than that of empty cylinder. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the surfaces with stainless steel and nickel as a constituent material. To generate the fundamental natural frequencies and for better accuracy and effectiveness, the computer software MATLAB is used.
Rad, Mohammad Hossein Ghadiri;Shahabian, Farzad;Hosseini, Seyed Mahmoud
Steel and Composite Structures
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v.35
no.1
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pp.77-92
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2020
The present paper outlined a procedure for geometrically nonlinear dynamic analysis of functionally graded graphene platelets-reinforced (GPLR-FG) nanocomposite cylinder subjected to mechanical shock loading. The governing equation of motion for large deformation problems is derived using meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method based on total lagrangian approach. In the MLPG method, the radial point interpolation technique is employed to construct the shape functions. A micromechanical model based on the Halpin-Tsai model and rule of mixture is used for formulation the nonlinear functionally graded distribution of GPLs in polymer matrix of composites. Energy dissipation in analyses of the structure responding to dynamic loads is considered using the Rayleigh damping. The Newmark-Newton/Raphson method which is an incremental-iterative approach is implemented to solve the nonlinear dynamic equations. The results of the proposed method for homogenous material are compared with the finite element ones. A very good agreement is achieved between the MLPG and FEM with very fine meshing. In addition, the results have demonstrated that the MLPG method is more effective method compared with the FEM for very large deformation problems due to avoiding mesh distortion issues. Finally, the effect of GPLs distribution on strength, stiffness and dynamic characteristics of the cylinder are discussed in details. The obtained results show that the distribution of GPLs changed the mechanical properties, so a classification of different types and volume fraction exponent is established. Indeed by comparing the obtained results, the best compromise of nanocomposite cylinder is determined in terms of mechanical and dynamic properties for different load patterns. All these applications have shown that the present MLPG method is very effective for geometrically nonlinear analyses of GPLR-FG nanocomposite cylinder because of vanishing mesh distortion issue in large deformation problems. In addition, since in proposed method the distributed nodes are used for discretization the problem domain (rather than the meshing), modeling the functionally graded media yields to more accurate results.
In order to investigate in-line ground motions caused by earthquakes, we examine the multicomponent complex trace analysis method (MCTAM) for the synthetic data and apply it to real earthquake data. An experimental result for synthetic data gives correct information on the arrival times, duration of individual phases, and approaching angles for body waves. Rayleigh waves are also easily identified with the MCTAM. A deep earthquake with magnitude of 7.3 was chosen to test various polarization attributes of ground motions. For P waves, instantaneous phase difference between the vertical and the in-line horizontal components ${\phi}(t)$, instantaneous reciprocal ellipticity ${\rho}(t)$, and approaching angle ${\tau}(t)$ are computed to be ${\pm}180^{\circ},\;0{\sim}0.25,\;and\;-30^{\circ}{\sim}-45^{\circ}$, respectively. For S waves, ${\phi}(t)$ tends to vary while ${\rho}(t)$ have values of $0{\sim}0.3\;and\;{\tau}(t)$ remains near vertical, respectively. A relatively low frequency signal registered just prior to the S wave event is interpreted as a P-wave phase based on its polarization characteristics. Velocities of P and S waves are computed to be 8.633 km/s and 4.762 km/s, and their raypath parameters 0.074 s/km and 0.197 s/km. Dynamic Poisson's ratio is obtained as 0.281 from the velocities of P and S waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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