The present paper deals with the determination of displacement and thermal stresses in a semi-infinite circular cylinder defined as $0{\leq}r{\leq}b$, $0{\leq}z<{\infty}$, due to internal heat generation within it. A circular cylinder is considered having arbitrary initial temperature and subjected to time dependent heat flux at the fixed circular boundary (r = b) whereas the zero temperature at the lower surface (z = 0) of the semi-infinite circular cylinder. The governing heat conduction equation has been solved by using integral transform method. The results are obtained in series form in terms of Bessel functions. The results for displacement and stresses have been computed numerically and illustrated graphically.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제19권1호
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pp.69-81
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2015
The present paper deals with the determination of temperature, displacement and thermal stresses in a semi-infinite hollow circular disk due to internal heat generation within it. Initially the disk is kept at arbitrary temperature F(r, z). For times t > 0 heat is generated within the circular disk at a rate of g(r, z, t) $Btu/hr.ft^3$. The heat flux is applied on the inner circular boundary (r = a) and the outer circular boundary (r = b). Also, the lower surface (z = 0) is kept at temperature $Q_3(r,t)$ and the upper surface ($Z={\infty}$) is kept at zero temperature. Hollow circular disk extends in the z-direction from z = 0 to infinity. The governing heat conduction equation has been solved by using finite Hankel transform and the generalized finite Fourier transform. As a special case mathematical model is constructed for different metallic disk have been considered. The results are obtained in series form in terms of Bessel's functions. These have been computed numerically and illustrated graphically.
A semi analytical method is employed to analyze free vibration characteristics of uniform and stepped functionally graded circular cylindrical shells under complex boundary conditions. The analytical model is established based on multi-segment partitioning strategy and first-order shear deformation theory. The displacement functions are handled by unified Jacobi polynomials and Fourier series. In order to obtain continuous conditions and satisfy complex boundary conditions, the penalty method about spring technique is adopted. The solutions about free vibration behavior of functionally graded circular cylindrical shells were obtained by approach of Rayleigh-Ritz. To confirm the dependability and validity of present approach, numerical verifications and convergence studies are conducted on functionally graded cylindrical shells under various influencing factors such as boundaries, spring parameters et al. The present method apparently has rapid convergence ability and excellent stability, and the results of the paper are closely agreed with those obtained by FEM and published literatures.
한국가시화정보학회 2004년도 Proceedings of 2004 Korea-Japan Joint Seminar on Particle Image Velocimetry
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pp.81-90
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2004
A zonal embedded grid technique has been developed for computation of the two-dimensional Navier-Stokes equations with cylindrical coordinates. The fundamental idea of the zonal embedded grid technique is that the number of azimuthal grids can be made small near the origin of the coordinates so that the grid size is more uniformly distributed over the domain than with the conventional regular-grid system. The code developed using this technique combined with the explicit, finite-volume method was then applied to calculation of the spin-up flows within a semi-circular cylinder. It was shown that the numerical results were in good agreement with the experimental results both qualitatively and quantitatively.
In this present paper, a semi-analytical mesh-free method is employed for the three-dimensional free vibration analysis of a bi-directional functionally graded piezoelectric circular structure. The dependent variables have been expanded by Fourier series with respect to the circumferential direction and have been discretized through radial and axial directions based on the mesh-free shape function. The current approach has a distinct advantage. The nonlinear Green-Lagrange strain is employed as the relationship between strain and displacement fields to observe thermal impacts in stiffness matrices. Nevertheless, high order terms have been neglected at the final steps of equations driving. The material properties are assumed to vary continuously in both radial and axial directions simultaneously in accordance with a power law distribution. The convergence and validation studies are conducted by comparing our proposed solution with available published results to investigate the accuracy and efficiency of our approach. After the validation study, a parametric study is undertaken to investigate the temperature effects, different types of polarization, mechanical and electric boundary conditions and geometry parameters of structures on the natural frequencies of functionally graded piezoelectric circular structures.
The purpose of this study for the prediction of fatigue crack propagation behavior, Stress Intensity Factor(F) of round bar with 3-Dimensional half circular, semi-elliptical icro surface crack under rotary bending stress for the variable aspect, size, rotation angle was analyzed by Boundary Element Method (BEM). It is predicted that behavior of crack growth is half circular or circular crack (b/a.geq.1) and propagate to b/a.leq.0.85.
한국지진공학회 2000년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.451-457
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2000
In many dynamic problems such as foundation vibrations ultrasonic nondestructive evaluation and blasting analysts are confronted with the problem of wave propagation in an infinite or semi-infinite media. In order to simulate this situation by a finite analytical model provisions must be made to absorb the stress waves arriving at the boundary. Absorbing boundaries are mathematical artifacts used to prevent wave reflections at the boundaries of discrete models for infinite media under dynamic loads. An analytical study is carried out to examine the effectiveness of Lysmer-Kuhlemeyer model one of the most widely used absorbing boundaries. Validity of the absorbing boundary conditions suggested by Lymer-Kuhlemeyer is examined by adopting the solution of Ewing et al. to the problem of plane waves from a harmonic normal force on the surface of an elastic half-space. The Ewing's problem is than numerically simulated using the finite element method on a semi-circular mesh with and without absorbing boundaries which are represented by viscous dashpots. The absorption ratios are calculated by comparing the displacements at the absorbing boundaries to those at the free field without absorbing boudaries.
Rad, A. Behravan;Farzan-Rad, M.R.;Majd, K. Mohammadi
Structural Engineering and Mechanics
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제64권5호
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pp.591-610
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2017
This paper is concerned with the static analysis of variable thickness of two directional functionally graded porous materials (FGPM) circular plate resting on a gradient hybrid foundation (Horvath-Colasanti type) with friction force and subjected to compound mechanical loads (e.g., transverse, in-plane shear traction and concentrated force at the center of the plate).The governing state equations are derived in terms of displacements based on the 3D theory of elasticity, assuming the elastic coefficients of the plate material except the Poisson's ratio varying continuously throughout the thickness and radial directions according to an exponential function. These equations are solved semi-analytically by employing the state space method (SSM) and one-dimensional differential quadrature (DQ) rule to obtain the displacements and stress components of the FGPM plate. The effect of concentrated force at the center of the plate is approximated with the shear force, uniformly distributed over the inner boundary of a FGPM annular plate. In addition to verification study and convergence analysis, numerical results are displayed to show the effect of material heterogeneity indices, foundation stiffness coefficients, foundation gradient indices, loads ratio, thickness to radius ratio, compressibility, porosity and friction coefficient of the foundation on the static behavior of the plate. Finally, the responses of FG and FG porous material circular plates to compound mechanical loads are compared.
The surface temperature at the interface of bodies in a sliding contact is one of the most important factors influencing the behavior of machine components. The calculation of the surface temperature at a sliding contact interface has been an interesting and important subject for tribologist. Temperature analyses were usually performed under the consideration contacted two bodies as semi-infinite. But the analysis was difficulty in being applied to finite body and considering the boundary condition. In this study, contact temperature rise of two finite bodies and surfaces due to frictional heating under the rectangular and the circular sliding contact is calculated. Heat partition factor is calculated using semi-infinite solid analysis and the temperature of the finite bodies is calculated using FVM. It will be shown that Most frictional heat in the fore part of contact region for sliding direction is conducted into body that has a moving heat source and the site of the maximum temperature rise moves to the opposite direction of sliding during sliding.
Rodrigues, Joao Paulo C.;Correia, Antonio J.M.;Kodur, Venkatesh
국제초고층학회논문집
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제7권4호
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pp.313-325
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2018
Concrete-filled steel tubular (CFST) members are commonly used as composite columns in modern construction. However, the current guidelines for members' fire design (EN1994-1-2) have been proved to be unsafe in case the relative slenderness is higher than 0.5. In addition, the simplified design methods of Eurocode 4 are limited to circular and square CFST columns, while in practice columns with rectangular and elliptical hollow sections are being increasingly used because of their architectural aesthetics. In the last years a large experimental research has been carried out at Coimbra University on the topic. They have been tested concrete filled circular, square, rectangular and elliptical hollow columns with restrained thermal elongation. Some parameters such as the slenderness, the type of cross-section geometry as well as the axial and rotational restraint of the surrounding structure to the column have been tested in order to evaluate their influence on the fire resistance of such columns. In this paper it is evaluated the influence of the boundary conditions (pin-ended and semi-rigid end-support conditions) on the behavior of the columns in case of fire. In these tests it could not be seen a marked effect of the tested boundary conditions but it is believed that the increasing of rotational stiffness increases the fire resistance of the columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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