One major concern that has occupied the mind of the designers is a structural failure as result of stress concentration in the geometrical discontinuities. Understanding the effective parameters contribute to stress concentration and proper selection of these parameters enables the designer get to a reliable design. In the analysis of perforated isotropic and orthotropic plates, the effective parameters on stress distribution around holes include load angle, curvature radius of the corner of the hole, hole orientation and fiber angle for orthotropic materials. This present paper tries to examine the possible effects of these parameters on stress analysis of infinite perforated plates with central quasi-square hole applying grey wolf optimizer (GWO) inspired by the particular leadership hierarchy and hunting behavior of grey wolves in nature, and also the present study tries to introduce general optimum parameters in order to achieve the minimum amount of stress concentration around this type of hole on isotropic and orthotropic plates. The advantages of grey wolf optimizer are stout, flexible, simple, and easy to be enforced. The used analytical solution is the expansion of Lekhnitskii's solution method. Lekhnitskii applied this method for the stress analysis of anisotropic plates containing circular and elliptical holes. Finite element numerical solution is employed to examine the results of present analytical solution. Results represent that by selecting the aforementioned parameters properly, fewer amounts of stress could be achieved around the hole leading to an increase in load-bearing capacity of the structure.
Critical loads and load-carrying capacities for steel scaffolds used as shoring systems were compared using computational and experimental methods in Part I of this paper. In that paper, a simple 2-D model was established for use in evaluating the structural behavior of scaffold-shoring systems. This 2-D model was derived using an incremental finite element analysis (FEA) of a typical complete scaffold-shoring system. Although the simplified model is only two-dimensional, it predicts the critical loads and failure modes of the complete system. The objective of this paper is to present a closed-form solution to the 2-D model. To simplify the analysis, a simpler model was first established to replace the 2-D model. Then, a closed-form solution for the critical loads and failure modes based on this simplified model were derived using a bifurcation (eigenvalue) approach to the elastic-buckling problem. In this closed-form equation, the critical loads are shown to be function of the number of stories, material properties, and section properties of the scaffolds. The critical loads and failure modes obtained from the analytical (closed-form) solution were compared with the results from the 2-D model. The comparisons show that the critical loads from the analytical solution (simplified model) closely match the results from the more complex model, and that the predicted failure modes are nearly identical.
This paper deals with an extended analytical solution for the mixture solidification problem, in which temperature is inherently coupled with the solute transport due to the presence of volume contraction induced flow. A new exact solution to the energy equation accounting for the convection effect in the melt is successfully derived, which allows the present analysis to cover a high initial superheating. Difference in properties between the solid and liquid phases is rigorously incorporated into the model equations in the solid fraction weighted form. Taking advantage of linearized correction factors, a systematic and easy-to-implement algorithm for determining the solidus and liquidus positions is introduced, which proves not only to converge stably but also to be very efficient. For a specific case, the present results show excellent agreements with the existing solution. The effect of convection in the melt becomes appreciable with increasing the initial superheating. It is revealed that variable properties in the mushy region significantly affect the solidification behaviors. The present study is also capable of resolving the interaction between microsegregation and macrosegregation.
The analysis of magnetic fields(2-D) induced by line currents, such as Overhead Trolley Lines or Transmission Lines, is not so easy by using the standard Finite Element Method(FEM). Mesh generation is one of the most important processes in the standard FEM. Because, the current region is relatively small compared with whole region, and actually is a line without thickness, the mesh refinement around the source lines yields many demerits. A way of supplement such a defect, we proposed the coupling scheme of analytical solution and FEM. In this study, the analytical solution is adopted around the region of line currents and FE solution is a lied to the rest of source region. And the two types of solution are coupled at the artificial boundary. To verify the usefulness of proposed algorithm, simplified model with magnetic material in FE region is chosen and analyzed. The results are compared with those of standard FEM. And the errors between them can be reduced by increasing harmonic orders.
In this paper, the consumable spare parts requirement determination problem of newly procured equipment systems is considered. The problem is formulated as the cost minimization problem with operational availability constraint. Assuming part failure rate is constant during operational period, an analytical method is developed to obtain spare part requirements. Since this solution tends to overestimate the requirements, a fast search simulation procedure is introduced to adjust it to the realistic solution. The analytical solution procedure and the simulation procedure are performed recursively until a near optimal solution is achieved. The experimental results show that the near optimal solution is approached in a fairly short amount of time.
Fadodun, Odunayo O.;Malomo, Babafemi O.;Layeni, Olawanle P.;Akinola, Adegbola P.
Wind and Structures
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제28권6호
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pp.347-354
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2019
This study provides an approximate analytical solution to the fractional vibration problem of thin plate governing anomalous motion of plate subjected to in-plane loads. The method of variable separable is employed to transform the fractional partial differential equations under consideration into a fractional ordinary differential equation in temporal variable and a bi-harmonic plate equation in spatial variable. The technique of conformable fractional derivative is utilized to solve the resulting fractional differential equation and the approach of finite sine integral transform method is used to solve the accompanying bi-harmonic plate equation. The deflection field which measures the transverse displacement of the plate is expressed in terms of product of Bessel and trigonometric functions via the temporal and spatial variables respectively. The obtained solution reduces to the solution of the free vibration problem of thin plate in literature. This work shows that conformable fractional derivative is an efficient mathematical tool for tracking analytical solution of fractional partial differential equation governing anomalous vibration of thin plates.
누수대수층-하천-양수정 경계치 문제에 관한 Zlotnik and Tartakovsky 해석해를 이용하여 하천-관정 이격거리, 대수층의 투수량계수 및 저류계수, 누수층의 누수계수, 하상의 수리전도성 값의 다양한 조합에 대해 지하수 양수로 인한 하천수 감소율을 산정하고 그 변동 특성을 분석하였다. 본 연구에서 적용한 수리조건에 대해서는 하상수리전도성과 반대수층 누수계수가 하천수 감소율 크기에 지배적인 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 하부대수층의 수위변화를 무시하고 고정수두 경계조건을 부여한 Zlotnik and Tartakovsky 해석해의 적용성을 평가하기 위해서 상하부 대수층의 수위변화를 동시에 고려한 보다 실제적인 조건에 대해 유도된 Hunt 해석해와 비교하였다. 그 결과 Zlotnik and Tartakovsky 해석해는 양수기간 1년 이하의 단기간 영향을 예측하는데 적절하며, 하천고갈지수가 2,500일 보다 크거나 누수계수와 하천-관정이격거리의 곱이 10cm/s 미만인 경우에 적용하는 것이 바람직한 것으로 분석되었다.
Excavation usually induces considerable ground settlement in soft ground, which may result in damage of adjacent buildings. Generally, the settlement is predicted through elastic-plastic finite element method and empirical method with defects. In this paper, an analytical solution for predicting ground settlement induced by excavation is developed based on the definition of three basic modes of wall displacement: T mode, R mode and P model. A separation variable method is employed to solve the problem based on elastic theory. The solution is validated by comparing the results from the analytical method with the results from finite element method(FEM) and existing measured data. Good agreement is obtained. The results show that T mode and R mode will result in a downward-sloping ground settlement profile. The P mode will result in a concave-type ground settlement profile.
In this paper, a new analytical approach has been presented for solving nonlinear conservative oscillators. Variational approach leads us to high accurate solution with only one iteration. Two different high nonlinear examples are also presented to show the application and accuracy of the presented approach. The results are compared with numerical solution using runge-kutta algorithm in different figures and tables. It has been shown that the variatioanl approach doesn't need any small perturbation and is accurate for nonlinear conservative equations.
The numerical model predicting the behaviours of submerged mound constructed by dredged material is developed in this paper. The model is based on the Bailard's sediment transport formula, Stokes' second-order wave theory and the sediment balance equation. Nonlinear partial differential equation which is the same form as convection-dispersion equation which represents change of bed section can be obtained by substituting sediment transport equation for equation of sediment conservation. By this process, the analytical solution by which the characteristic of the behaviours of submerged mound can be estimated is derived by probably combining the convention coefficient and the dispersion coefficient governing the behaviours of submerged mound and the probability density function representing the wave characteristics. The validity of the analytical solution is verified by comparing the analytical solution which is assumed to estimate the movement rate submerged mound by bed-load with the field data of the past and its characteristic is analyzed quantitatively by obtaining the mean of the dispersion coefficient representing the extent of the decrease rate of the submerged mound height.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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