A free vibration analysis is made of a moderately-thick toroidal shell based on a shear deformation (Timoshenko-Mindlin) shell theory. This work represents an extension of earlier work by the authors which was based on a thin (Kirchoff-Love) shell theory. The analysis uses a modal approach in the circumferential direction, and numerical results are found using the differential quadrature method (DQM). The analysis is first developed for a shell of revolution of arbitrary meridian, and then specialized to a complete circular toroidal shell. A second analysis, based on the three-dimensional theory of elasticity, is presented to cover thick shells. The shear deformation theory is validated by comparing calculated results with previously published results for fifteen cases, found using thin shell theory, moderately-thick shell theory, and the theory of elasticity. Consistent agreement is observed in the comparison of different results. New frequency results are then given for moderately-thick and thick toroidal shells, considered to be completely free. The results indicate the usefulness of the shear deformation theory in determining natural frequencies for toroidal shells.
The purpose of this paper is to investigate the flexible structure of parabolic shell using photostrictive actuators. The analysis is made to know its dynamic behavior and light-induced control forces for coupled parabolic shell. The effects of an actuator location as well as membrane and bending components under the control action have been analyzed considering the approximate spherical model. The parabolic membrane shell accuracy is being mathematically approximated and validated comparing the light induced control forces using approximate equivalent spherical shell model. The parabolic shell with kapton smart material and photostrictive actuators has been used to formulate the governing equation in the transverse direction. The Kirchhoff-Love assumptions are used to obtain the governing equation of shell with actuator. The mechanical membrane forces and bending moments for parabolic thin shell with actuator is used to analyze the dynamic effect. The results show that membrane control action is much more significant than bending control action. Photostrictive actuators oriented along circumferential direction (actuator-2) can give better control effect than actuators placed along longitudinal direction (actuator-1). The slight difference is observed between spherical and parabolic shell for a surface with focal length to the diameter ratio of 1.00 or more than unity. Space applications often have the shape of parabolical shells or shell of revolution, due to their required focusing, aiming, or reflecting performance. The present approach is focused that photostrictive actuators can effectively control the vibration of parabolical membrane shell. Also, the actuator's location plays an important role in defining the control force.
This paper deals with a novel application of the Generalized Differential Quadrature (G.D.Q.) method to the linear elastic static analysis of isotropic rotational shells. The governing equations of equilibrium, in terms of stress resultants and couples, are those from Reissner-Mindlin shear deformation shell theory. These equations, written in terms of internal-resultants circular harmonic amplitudes, are first put into generalized displacements form, by use of the strain-displacements relationships and the constitutive equations. The resulting systems are solved by means of the G.D.Q. technique with favourable precision, leading to accurate stress patterns.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.4
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pp.1-8
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1983
This paper describes the application of the finite element method to the large deflection elastic plastic analysis and ultimate load calculation of axisymmetric shell of revolution with initial imperfection subjected to external pressure. The nonlinear equilibrium equations are linearized by the successive incremental method and are solved by the combination of load increment and iteration scheme with considering plastic deformation theory. To get the more realistic effect of large deflection, corrected coordinats and directions of applied load ar every load increment steps are used. The effects of the plasticity, initial imperfection and the shape of shells on the ultimate load of clamped circular cap under external pressure are investigated. Consequently, the following conclusions are obtained; (1) At same geometric parameter $\lambda$, each shape of clamped circular caps yield same elastic ultimate loads in both cases, i.e. with and without initial imperfections, whereas, in the case of elastic-plastic state the shell becomes thicker, the ultimate loads are getting smaller. (2) The effects of initial imperfection to ultimate load are most significant in the elastic case and are more senstive in the elastic-plastic state with the thinner shells.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.1
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pp.150-157
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2008
Bellows are commonly used in piping systems to absorb expansion and contraction in order to reduce stress. Unlike most piping components, bellows consist of a thin-walled shell of revolution with a corrugated meridian, in order to provide the flexibility needed to absorb mechanical movements. It is a composite shell structure consisting of at least one toroidal shell, an annular plate or conical shell. It is difficult to analyze the behavior of bellows because of its complex geometry. Simplified formulas for variable mechanical behaviors of bellows are provided by a standard called EJMA. An automatic design software for bellows is programming by using VBA(Visual Basic for Application) based on EJMA. Bellows engineers can effectively make a decision for bellows geometries because this software provides graphically design results in its post-processor. Bellows design software is expected to give quite a good guidance to practical design. The characteristics of bellows are also investigated through the automatic design process in bellows design software.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.399-407
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2002
A three-dimensional method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of hollow bodies of revolution (i.e., thick shells), not limited to straight line generators or constant thickness. The middle surface of the shell may have arbitrary curvatures, and the wall thickness may vary arbitrarily. Displacement components$U_\Phi, U_z, U_\theta$ in the meridional, normal and circumferential directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in$\theta$, and algebraic polynomials in the$\Phi$and z directions. Potential(strain) and kinetic energies of the entire body are formulated, and upper bound values of the frequencies are obtained by minimizing the frequencies. As the degrees of the polynomials are increased, frequencies converge to the exact values. Novel numerical results are presented for two types of thick conical shells and thick spherical shell segments having linear thickness variations. Convergence to four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of both types of shells. The method is applicable to thin shells, as well as thick and very thick ones.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.3
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pp.24-34
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2010
This paper analyzed the partial differential equations of laminated composite shells of revolution by using the finite difference method. The proof that numerical results are reasonable and accurate is obtained through converge ratio analysis and commercial program LUSAS for the structural analysis. The purpose of this study is to examine closely the engineering advantages and to analyze the structural behaviors of the anisotropic shells of revolution. Thus, the relevant reinforcement and most suitable arrangement of fiber to produce the highest strength are proposed through the numerical results according to a variety of parameter study. Namely, the distribution of displacements and stress resultants are analyzed according to the change of meridian's curvature, the ratio of height-width of shell, subtended angle, fiber angle, and so on. Using these distribution, the most suitable shell may be proposed to produce the highest strength. Also, the configuration of the entire laminated composite conical shells is analysed, and a variety of the design criterion of circular conical shell are proposed and studied in engineering view points.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.18
no.4
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pp.641-648
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2023
Recently, the rapid growth of artificial intelligence among the 4th industrial revolution has progressed based on the performance improvement of semiconductor, and circuit integration. According to transistors, which help operation of internal electronic devices and equipment that have been progressed to be more complicated and miniaturized, the control of heat generation and improvement of heat dissipation efficiency have emerged as new performance indicators. The DUT(Device Under Test) Shell is equipment which detects malfunction transistor by evaluating the durability of transistor through heat dissipation in a state where the power is cut off at an arbitrary heating point applying the rating current to inspect the transistor. Since the DUT shell can test more transistor at the same time according to the heat dissipation structure inside the equipment, the heat dissipation efficiency has a direct relationship with the malfunction transistor detection efficiency. Thus, in this paper, we propose various method for PCB configuration structure to optimize heat dissipation of DUT shell and we also propose various transformation and thermal analysis of optimal DUT shell using computational fluid dynamics.
This paper deals with the modal analysis of rotational shell structures by means of the numerical solution technique known as the Generalized Differential Quadrature (G. D. Q.) method. The treatment is conducted within the Reissner first order shear deformation theory (F. S. D. T.) for linearly elastic isotropic shells. Starting from a non-linear formulation, the compatibility equations via Principle of Virtual Works are obtained, for the general shell structure, given the internal equilibrium equations in terms of stress resultants and couples. These equations are subsequently linearized and specialized for the rotational geometry, expanding all problem variables in a partial Fourier series, with respect to the longitudinal coordinate. The procedure leads to the fundamental system of dynamic equilibrium equations in terms of the reference surface kinematic harmonic components. Finally, a one-dimensional problem, by means of a set of five ordinary differential equations, in which the only spatial coordinate appearing is the one along meridians, is obtained. This can be conveniently solved using an appropriate G. D. Q. method in meridional direction, yielding accurate results with an extremely low computational cost and not using the so-called "delta-point" technique.
The heat transfer process from steam to web through the cylinder drum consists of the thermal resistance by condensate thickness. thickness of shell, and the contact resistance between cylinder and web. The most thermal resistance in conventional cylinder drum dryer is generated by condensate, which is increased by the increase on revolution per minute(RPM). Therefore, the increase of RPM for the production enhancement results in the more thermal resistance, and eventually RPM is restricted. In this study, the theoretical analysis on the characteristics of heat transfer in cylinder drum for paper dryer was performed in the stationary state of steam in drum. The overall heat transfer coefficient, steam quantity and heat transfer quantity were predicted by diameter and length of drum, condensate thickness, revolution per minute and steam temperature for experimental apparatus design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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