The nonlocal static bending, buckling, free and forced vibrations of graphene nanosheets are examined based on the Kirchhoff plate theory and Taylor expansion approach. The nonlocal nanoplate model incorporates the length scale parameter which can capture the small scale effect. The governing equations are derived using Hamilton's principle and the Navier-type solution is developed for simply-supported graphene nanosheets. The analytical results are proposed for deflection, natural frequency, amplitude of forced vibration and buckling load. Moreover, the effects of nonlocal parameter, half wave number and three-dimensional sizes on the static, dynamic and stability responses of the graphene nanosheets are discussed. Some illustrative examples are also addressed to verify the present model, methodology and solution. The results show that the new nanoplate model produces larger deflection, smaller circular frequencies, amplitude and buckling load compared with the classical model.
This paper describes a new method for separation of the Volterra kernels which are identified by use of M-sequence. One of the authors has proposed a method for identification of Volterra kernels of nonlinear systems using M-sequence and correlation technique. When M-sequence are applied to a nonlinear systems, the cross-correlation function between the input and the output of the nonlinear systems includes cross-sections of high-order Volterra kernels. However, if various order Volterra kernels exixt on the obtained cross-correlation function, it is difficult to separate the Volterra kernels. In this paper, the authors show that the magnitude of Volterra kernels is maginified by the amplitude of M-sequence according to the order of Volterra kernels. By use of this property, each order Volterra kernels is obtained by solving linear equations. Simulations are carried out for some nonlinear systems. The results show that Volterra kernels can be separated in each order successfully by the proposed method.
The transverse vibration of double walled carbon nanotube (DWCNT) embedded in elastic medium with an initial imperfection is considered. In this paper, Timoshenko beam theory is employed. However the nonlocal theory is used for modeling the nano scale of nanotube. In addition, the governing Equations of motion are obtained utilizing the Hamilton's principle and simply-simply boundary conditions are assumed. Furthermore, the Navier method is used for determining the natural frequencies of DWCNT. Hence, some parameters such as nonlocality, curvature amplitude, Winkler and Pasternak elastic foundations and length of the curved DWCNT are analyzed and discussed. The results show that, the curvature amplitude causes to increase natural frequency. However, nonlocal coefficient and elastic foundations have important role in vibration behavior of DWCNT with imperfection.
The nonlinear dynamic behavior of a nonuniform small-scale nonlocal beam is investigated in this work. The nanobeam is theoretically modeled using the nonlocal Eringen theory, as well as a few of Von-nonlinear Kármán's theories and the classical beam theory. The Hamilton principle extracts partial differential equations (PDE) of an axially functionally graded (AFG) nano-scale beam consisting of SUS304 and Si3N4 throughout its length, and an elastic Winkler-Pasternak substrate supports the tapered AFG nanobeam. The beam thickness is a function of beam length, and it constantly varies throughout the length of the beam. The numerical solution strategy employs an iteration methodology connected with the generalized differential quadratic method (GDQM) to calculate the nonlinear outcomes. The nonlinear numerical results are presented in detail to examine the impact of various parameters such as nonlinear amplitude, nonlocal parameter, the component of the elastic foundation, rate of cross-section change, and volume fraction parameter on the linear and nonlinear free vibration characteristics of AFG nanobeam.
Studying the dynamic behavior of axially moving cylindrical shells in hygro-thermal environments has important theoretical and engineering value for aircraft design. Therefore, in this paper, considering hygro-thermal effect, the nonlinear forced vibration of an axially moving cylindrical shell made of functionally graded materials (FGM) is studied. It is assumed that the material properties vary continuously along the thickness and contain pores. The Donnell thin shell theory is used to derive the motion equations of FGM cylindrical shells with hygro-thermal loads. Under the four sides clamped (CCCC) boundary conditions, the Gallekin method and multi-scale method are used for nonlinear analysis. The effects of power law index, porosity coefficient, temperature rise, moisture concentration, axial velocity, prestress, damping and external excitation amplitude on nonlinear forced vibration are explored through parametric research. It can be found that, the changes in temperature and humidity have a significant effect. Increasing in temperature and humidity will cause the resonance position to shift to the left and increase the resonance amplitude.
Using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of aqueous xanthan gum solutions with different concentrations were measured over a wide range of strain amplitudes and then the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a broad range of angular frequencies. In this article, both the strain amplitude and concentration dependencies of dynamic viscoelastic behavior were reported at full length from the experimental data obtained from strain-sweep tests. In addition, the linear viscoelastic behavior was explained in detail and the effects of angular frequency and concentration on this behavior were discussed using the well-known power-law type equations. Finally, a fractional derivative model originally developed by Ma and Barbosa-Canovas (1996) was employed to make a quantitative description of a linear viscoelastic behavior and then the applicability of this model was examined with a brief comment on its limitations. Main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At strain amplitude range larger than 10%, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior, indicating a decrease in storage modulus as an increase in strain amplitude. (2) At strain amplitude range larger than 80%, the loss modulus exhibits an exceptional nonlinear strain-overshoot behavior, indicating that the loss modulus is first increased up to a certain strain amplitude(${\gamma}_0{\approx}150%$) beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (3) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0>200%$), a viscous behavior becomes superior to an elastic behavior. (4) An ability to flow without fracture at large strain amplitudes is one of the most important differences between typical strong gel systems and concentrated xanthan gum solutions. (5) The linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature and a gel-like structure is present in these systems. (6) As the polymer concentration is increased, xanthan gum solutions become more elastic and can be characterized by a slower relaxation mechanism. (7) Concentrated xanthan gum solutions do not form a chemically cross-linked stable (strong) gel but exhibit a weak gel-like behavior. (8) A fractional derivative model may be an attractive means for predicting a linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions but classified as a semi-empirical relationship because there exists no real physical meaning for the model parameters.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.206-218
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2014
The wave attenuation by floating breakwaters in high amplitude waves, which can lead to wave overtopping and breaking, is examined by numerical simulations. The governing equations, the Navier-Stokes equations and the continuity equation, are calculated in a fixed Cartesian grid system. The body boundaries are defined by the line segment connecting the points where the grid line and body surface meet. No-slip and divergence free conditions are satisfied at the body boundary cell. The nonlinear waves near the moving body is defined using the modified marker-density method. To verify the present numerical method, vortex induced vibration on an elastically mounted cylinder and free roll decay are numerically simulated and the results are compared with those reported in the literature. Using the present numerical method, the wave attenuations by three kinds of floating breakwaters are simulated numerically in a regular wave to compare the performance.
The present work aims at investigating the nonlinear dynamics, bifurcations, and stability of an axially accelerating beam with an intermediate spring-support. The problem of a parametrically excited system is addressed for the gyroscopic system. A geometric nonlinearity due to mid-plane stretching is considered and Hamilton's principle is employed to derive the nonlinear equation of motion. The equation is then reduced into a set of nonlinear ordinary differential equations with coupled terms via Galerkin's method. For the system in the sub-critical speed regime, the pseudo-arclength continuation technique is employed to plot the frequency-response curves. The results are presented for the system with and without a three-to-one internal resonance between the first two transverse modes. Also, the global dynamics of the system is investigated using direct time integration of the discretized equations. The mean axial speed and the amplitude of speed variations are varied as the bifurcation parameters and the bifurcation diagrams of Poincare maps are constructed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.2
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pp.193-199
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1988
The forced vibrations of nondissipative nonlinear two-degree-of-freedom system, subjected to periodic forcing functions, are investigated by use of the method of slowly changing phase and amplitude. The first order differential equations are derived for nonrationally solutions and the coupled nonlinear algebraic equations for stationary solutions. Through investigating the response curves of the system, which are obtained numerically by using Newton-Raphson method, it is found that the resonances can occur at more than the number of degree-of-freedom of the system depending on the relation between the nonlinear spring parameters, which has no counterpart in linear systems.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.4
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pp.317-322
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2003
Torsional oscillations of a system incorporating a Hooke's joint are investigated by adopting a nonlinear 2-degree-of-freedom model. Linear and Van der Pol transformations are applied to obtain the equations of motion to which the method of averaging can be readily applied. Various subharmonic and combination resonances are identified with the conditions of their occurrences. Applying the method of averaging leads to the reduced amplitude- and phase-equations of motion, of which constant and periodic solutions are obtained numerically. The periodic solution which emerges from Hopf bifurcation point experiences period doubling bifurcation leading to infinite solution rather than chaotic solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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