Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.5
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pp.61-71
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2007
Navier's and Finite element solutions based on the first-order shear deformation theory are presented for the analysis of through-thickness functionally graded plates and shells. The functionally graded materials are considered: a sigmoid function is utilized for the mechanical properties through the thickness of the isotropic structure which varies smoothly through the plate and shell thickness. The formulation of a nonlinear 9-node Element-based Lagrangian shell element is presented for the geometrically nonlinear analysis. Natural-coordinate-based strains are used in present shell element. Numerical results of the linear and nonlinear analysis are presented to show the effect of the different top/bottom elastic modulus, loading conditions, aspect ratios and side-to-thickness ratios on the mechanical behaviors. Besides, the result according to the variation of the power-law index of isotropic functionally graded structures is investigated.
In this paper, the stress and strain characteristics of a helmet shell structure have been analyzed by using the finite element method and Taguchi's design method as functions of the material properties, the thickness of a helmet, the thickness and the number of a bead frame. The optimized design of the helmets for a firefighter and a gas worker is very important for increasing the strength safety and an impact energy absorption capacity of a helmet shell due to an impulsive external force. Thus, the optimized design data of the helmet indicated that the uniform thickness of a helmet shell may be reduced for reducing the total weight of a helmet and increasing the strain energy absorption rate, but the thickness and the number of a bead frame would be increased for increasing the impact strength of the helmet.
The purpose of this paper is to show how the Evolutionary Structural Optimization (ESO) algorithm developed by Xie and Steven can be extended to optimal design problems of thin shells subjected to thermal loading. This extension simply incorporates an evolutionary iterative process of thermoelastic thin shell finite element analysis. During the evolution process, lowly stressed material is gradually eliminated from the structure. This paper presents a number of examples to demonstrate the capabilities of the ESO algorithm for solving topology optimization and thickness distribution problems of thermoelastic thin shells.
This paper reports the result of an investigation into wave propagation in orthotropic laminated piezoelectric cylindrical shells in hydrothermal environment. A dynamic model of laminated piezoelectric cylindrical shell is derived based on Cooper-Naghdi shell theory considering the effects of transverse shear and rotary inertia. The wave characteristics curves are obtained by solving an eigenvalue problem. The effects of layer numbers, thickness of piezoelectric layers, thermal loads and humid loads on the wave characteristics curves are discussed through numerical results. The solving method presented in the paper is validated by the solution of a classical elastic shell non-containing the effects of transverse shear and rotary inertia. The new features of the wave propagation in laminated piezoelectric cylindrical shells with various laminated material, layer numbers and thickness in hydrothermal environment and some meaningful and interesting results in this paper are helpful for the application and the design of the ultrasonic inspection techniques and structural health monitoring.
Here, the axisymmetric free flexural vibrations and thermal stability behaviors of functionally graded spherical caps are investigated employing a three-noded axisymmetric curved shell element based on field consistency approach. The formulation is based on first-order shear deformation theory and it includes the in-plane and rotary inertia effects. The material properties are graded in the thickness direction according to the power-law distribution in terms of volume fractions of the constituents of the material. The effective material properties are evaluated using homogenization method. A detailed numerical study is carried out to bring out the effects of shell geometries, power law index of functionally graded material and base radius-to-thickness on the vibrations and buckling characteristics of spherical shells.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.1
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pp.1-8
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1985
The buckling characteristics of cylindrical shells with a circular hole, under axially compressed loads, have been analyzed and the results have been compared with existed experimental results. Deflection function with decay factor is assumed, and stress distribution around a circular hole in tensioned infinite plate is used for formulating buckling energy function. Applying Rayleigh Ritz procedure to this energy function, characteristic equation of eigenvalue problem is determined. Buckling load is defined by the minimum value of eigenvalues calculated according to several decay factors, and as the radius ratios of a circular hole (a/R) and shell thickness ratios (R/t) are varied, the reducing characteristics of buckling load are studied. As a result, buckling loads are reduced by about 50% according to some radius ratios ($a/R{\geq}0.15$) of circular hole and are not nearly affected by shell thickness ratio(R/t).
$Ag@SiO_2@SiO_2$(FITC) nanocomposites were prepared by the simple polyol process and St$\ddot{o}$ber method. Fluorescence enhancement of fluorescein moiety (fluorescein isothiocyanate, FITC) was investigated in the presence of silver nanoparticles in $Ag@SiO_2@SiO_2$(FITC) system with varying thickness (X nm) of first silica shell. Maximum enhancement factor of 4.3 fold was achieved in $Ag@SiO_2@SiO_2$(FITC) structure with the first silica shell thickness of 8 nm and the average separation distance of 11 nm between the surface of silver nanoparticle and fluorescein moiety. The enhancement is believed to be originated from increased excitation rate of fluorescein moiety due to concentrated local electromagnetic field which was improved by interaction of light with silver nanoparticles.
The higher order shear deformable model and an exact analytical method is used for analytical bending analysis of a cylindrical shell subjected to mechanical loads, in this work. The shell is modelled using sinusoidal bivariate shear strain theory, and the static governing equations are derived using changes in virtual work. The eigenvalue-eigenvector method is used to exactly solve the governing equations for a constrained cylindrical shell The proposed kinematic relation decomposes the radial displacement into bending, shearing and stretching functions. The main advantage of the method presented in this work is the study of the effect of clamping constraints on the local stresses at the ends. Stress, strain, and deformation analysis of shells through thickness and length.
This study was conducted to estimate heritabilities and genetic correlations on egg compositions and egg qualities in Korean Native Ogol fowl. The data were gathered from a total of 58,320 eggs in 450 pullets produced from 150 dams and 20 sires of Korean Native Ogol fowl raised at Chungnam National University from June 18, 1987 to April 6, 1989. The results obtained are summarized as follows : 1. The heritability estimates of egg compositions based on the variance of sires, dams and combined components were 0.620 - 0.723, 0206 - 0.300 and 0.413 - 0.511 for albumen weight: 0.439 - 0.737, 0.484 - 0.544 and 0.492 - 0.615 for yolk weight: 0.172 - 0.187, 0.412 - 0.642 and 0.309 - 0.503 for shell weight, respectively. 2. The heritability estimates of egg qualities based on the variance of sires, dams and combined components were 0.202 - 0279, 0.557 - 0.819 and 0.428 - 0.508 for shell thickness : 0.202 - 0.394, 0.119 - 0.678 and 0.256 - 0.440 for albumen height : 0.108 - 0.443, 0237 - 0.698 and 0244 - 0.399 for Haught units, respectively. 3. The genetic and phenotypic correlations of egg compositions were as follows; The coefficients between albumen weight and yolk weight were 0.089 - 0.564 and 0.084 - 0.235; between albumen weight and shell weight were 0.396 - 0.925 and 0225 - 0.544; between yolk weight and shell weight were 0.220 - 0.357 and 0.098 - 0.358, respectively. 4. The genetic and phenotypic correlations of egg qualities as follows; between shell thickness and albumen height were 0.082 - 0.356 and - 0.163 - 0.060; between shell thickness and Haught units were - 0.076 - 0.167 and - 0.185 - 0.010; between albumen height and Haught units were 0.338 - 0.604 and 0.154 - 0285, respectively. 5. The genetic correlations of egg compositions and egg qualities were as follows: between albumen weight and shell thickness, albumen height. Haught units were - 0.380 - - 0.002, 0239 - 0.387, and - 0279 - - 0.127; between yolk weight and shell thickness, albumen height, Haught units were - 0.294 - - 0.133, - 0.049 - 0.133 and - 0.196 - - 0.136; between shell weight and shell thickness, albumen height, Haught units were 0.127 - 0.476, 0.140 - 0273 and 0.038 - 0223, respectively.
Theoretical study of vibration distinctiveness of rotating cylindrical are examined for three volume fraction laws viz.: polynomial, exponential and trigonometric. These laws control functionally graded material composition in the shell radius direction. Functionally graded materials are controlled from two or more materials. In practice functionally graded material comprised of two constituent materials is used to form a cylindrical shell. For the current shell problem stainless steel and nickel are used for the shell structure. A functionally graded cylindrical shell is sanctioned into two types by interchanging order of constituent materials from inner and outer side for Type I and Type II cylindrical shell arrangement. Fabric composition of a functionally graded material in a shell thickness direction is controlled by volume fraction law. Variation of power law exponent brings change in frequency values. Influence of this physical change is investigated to evade future complications. This procedure is capable to cater any boundary condition by changing the axial wave number. But for simplicity, numerical results have been evaluated for clamped- simply supported rotating cylindrical shells. It has been observed from these results that shell frequency is bifurcated into two parts: one is related to the backward wave and other with forward wave. It is concluded that the value of backward frequency is some bit higher than that forward frequency. Influence of volume fraction laws have been examined on shell frequencies. Backward and forward frequency curves for a volume fraction law are upper than those related to two other volume fraction laws. The results generated furnish the evidence regarding applicability of present shell model and also verified by earlier published literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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