Ghannadpour, S.A.M.;Shakeri, M.;Barvaj, A. Kurkaani
Steel and Composite Structures
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v.29
no.6
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pp.785-802
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2018
In this paper, two different computational methods, called Rayleigh-Ritz and collocation are developed to estimate the ultimate strength of composite plates. Progressive damage behavior of moderately thick composite laminated plates is studied under in-plane compressive load and uniform lateral pressure. The formulations of both methods are based on the concept of the principle of minimum potential energy. First order shear deformation theory and the assumption of large deflections are used to develop the equilibrium equations of laminated plates. Therefore, Newton-Raphson technique will be used to solve the obtained system of nonlinear algebraic equations. In Rayleigh-Ritz method, two degradation models called complete and region degradation models are used to estimate the degradation zone around the failure location. In the second method, a new energy based collocation technique is introduced in which the domain of the plate is discretized into the Legendre-Gauss-Lobatto points. In this new method, in addition to the two previous models, the new model named node degradation model will also be used in which the material properties of the area just around the failed node are reduced. To predict the failure location, Hashin failure criteria have been used and the corresponding material properties of the failed zone are reduced instantaneously. Approximation of the displacement fields is performed by suitable harmonic functions in the Rayleigh-Ritz method and by Legendre basis functions (LBFs) in the second method. Finally, the results will be calculated and discussions will be conducted on the methods.
The purpose of this study was to develop a theoretical model to analyze the vibration of finite railways forced by distributed moving loads. The vibration characteristics of compliantly supported beam utilizing compressional damping model were investigated through the Rayleigh-Ritz method. The distributed moving load was analyzed as the cross correlation function on railways. This allowed the use of statistical characteristics for simulation of the moving train wheels on the rail. The results showed there is a critical velocity inducing resonant vibration of the rail. The mass spring resonance from the rail fastening systems exhibited significant influence on the resulting vibration response. In particular, the effect of the viscoelastic core damping was investigated as an efficient method for minimizing rail vibration. The decrease of the averaged vibration and rolling noise generation by the damping core was maximized at the mass-stiffness-mass resonance frequency.
Buckling analysis of shape memory alloy (SMA) rectangular plates subjected to uniform and linearly distributed inplane loads is the main objective in the present paper. Brinson's model is developed to express the constitutive characteristics of SMA plate. Using the classical plate theory and variational approach, stability equations are derived. In addition to external inplane mechanical loads, the plate is subjected to the pre-stresses caused by the recovery stresses that are generated during martensitic phase transformation. Ritz method is used for solving the governing stability equations. Finally, the effects of conditions on the edges, thickness, aspect ratio, temperature and pre-strains on the critical buckling loads of SMA plate are investigated in details.
High speed vehicles are subjected to high thermal loadings due to aerodynamic heating during ascent and reentry. Since a thermal protection system panel is mechanically constrained, it may cause thermal buckling under excessive thermal loadings. The thermal buckling could disturb the field of flow and make aerodynamic characteristics unstable. It is thus necessary to design the thermal protection system panel to prevent thermal buckling. This study defines the analytical model of temperature distribution using the finite difference method for the thermal protection system panel with large temperature differences inside and outside. This paper proposes the approximate model of the thermal buckling characteristics for the thermal protection system panel through the use of the Ritz method. The validity of the present method was verified by comparing the results of the finite element analysis. Furthermore, this research performs the parametric analysis of the thermal buckling characteristics for the thermal protection system panel by using the approximate model.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.3
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pp.207-215
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2015
This paper deals with a theoretical method to calculate natural frequencies of a fixed-free rectangular tank partially in contact with an outer water gap. Orthogonal polynomials satisfying the boundary conditions of the tank are used as admissible functions in the Rayleigh-Ritz method. A quarter model of the liquid-coupled system is constructed and it is simplified to a line supported flat plate in contact with the liquid. The liquid displacement potential functions satisfying the Laplace equation and water boundary conditions are derived, and the finite Fourier transform is accomplished in conjunction with the compatibility requirement along the contacting interfaces between the tank and water. An eigenvalue problem is derived so that the natural frequencies of the wet rectangular tank can be extracted. The predictions from the proposed analytical method show good agreement with the finite element analysis results.
In this paper, new three-dimensional vibration data for the solid cylinders of the N-sided polygonal cross-section with V-notches or sharp cracks are presented, and a Ritz procedure is employed, which incorporates a mathematically complete set of algebraic-trigonometric polynomials in conjunction with an admissible set of edge functions that explicitly model the tri-axial stress singularities that exist along a terminus edge of the V-notch. Convergence studies demonstrate the necessity of adding the edge functions to achieve the accurate frequencies and mode shapes of N-sided polygonal cylindrical solids with stress singularities.
Marques, Liliana;Da Silva, Luis Simoes;Rebelo, Carlos
Steel and Composite Structures
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v.16
no.1
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pp.45-58
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2014
EC3 provides several methodologies for the stability verification of members and frames. However, when dealing with the verification of non-uniform members in general, with tapered cross-section, irregular distribution of restraints, non-linear axis, castellated, etc., several difficulties are noted. Because there are yet no guidelines to overcome any of these issues, safety verification is conservative. In recent research from the authors of this paper, an Ayrton-Perry based procedure was proposed for the flexural buckling verification of web-tapered columns. However, in order to apply this procedure, Linear Buckling Analysis (LBA) of the tapered column must be performed for determination of the critical load. Because tapered members should lead to efficient structural solutions, it is therefore of major importance to provide simple and accurate formula for determination of the critical axial force of tapered columns. In this paper, firstly, the fourth order differential equation for non-uniform columns is derived. For the particular case of simply supported web-tapered columns subject to in-plane buckling, the Rayleigh-Ritz method is applied. Finally, and followed by a numerical parametric study, a formula for determination of the critical axial force of simply supported linearly web-tapered columns buckling in plane is proposed leading to differences up to 8% relatively to the LBA model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.4
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pp.551-558
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2003
An efficient and reliable subspace iteration algorithm using the block algorithm is proposed. The block algorithm is the method dividing eigenpairs into several blocks when a lot of eigenpairs are required. One of the key for the faster convergence is carefully selected initial vectors. As the initial vectors, the proposed method uses the modified Ritz vectors for guaranteering all the required eigenpairs and the quasi-static Ritz vectors for accelerating convergency of high frequency eigenvectors. Applying the quasi-static Ritz vectors, a shift is always required, and the proper shift based on the geometric average is proposed. To maximize efficiency, this paper estimates the proper number of blocks based on the theoretical amount of calculation in the subspace iteration. And it also considers the problems generated in the process of combining various algorithms and the solutions to the problems. Several numerical experiments show that the proposed subspace iteration algorithm is very efficient, reliable ,and accurate.
Soltanieh, Ghazaleh;Yam, Michael CH.;Zhang, Jing-Zhou;Ke, Ke
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.1
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pp.39-50
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2022
Layer separation (delamination) is an essential threat to fiber-reinforced polymer (FRP) plates under dynamic, static, and fatigue loads. Under compressive load, the growth of delamination will lead to structural instability. The aim of this paper is to present a method using shape memory alloy (SMA) stitches to suppress the delamination growth in a FRP plate and to improve the buckling behavior of the plate with a rectangular hole. The present paper is divided into two parts. Firstly, a closed-form (CF) formulation for evaluating the buckling load of the FRP plate is presented. Secondly, the finite element method (FEM) will be employed to calculate the buckling loads of the plates which serves to validate the results obtained from the closed-form method. The novelty of this work is the development of the closed-form solution using the p-Ritz energy approach regarding the stress-dependent phase transformation of SMA to trace the equilibrium path. For the FEM, the Lagoudas constitutive model of the SMA material is implemented in FORTRAN programming language using a user material subroutines (VUMAT). The model is simulated in ABAQUS/Explicit solver due to the nature of the loading type. The cohesive zone model (CZM) is applied to simulate the delamination growth.
Cao, Jianbin;Zhang, Zhousuo;Guo, Yanfei;Gong, Teng
Steel and Composite Structures
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v.31
no.3
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pp.233-242
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2019
Early detection of damage bonding state such as insufficient bonding strength and interface partial contact defect for the explosive clad pipe is crucial in order to avoid sudden failure and even catastrophic accidents. A generalized and efficient model of the explosive clad pipe can reveal the relationship between bonding state and vibration characteristics, and provide foundations and priory knowledge for bonding state detection by signal processing technique. In this paper, the slender explosive clad pipe is regarded as two parallel elastic beams continuously joined by an elastic layer, and the elastic layer is capable to describe the non-uniform bonding state. By taking the characteristic beam modal functions as the admissible functions, the Rayleigh-Ritz method is employed to derive the dynamic model which enables one to consider inhomogeneous system and any boundary conditions. Then, the proposed model is validated by both numerical results and experiment. Parametric studies are carried out to investigate the effects of bonding strength and the length of partial contact defect on the natural frequency and forced response of the explosive clad pipe. A potential method for identifying the bonding quality of the explosive clad pipe is also discussed in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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