The spectral element model is known to provide very accurate structural dynamic characteristics, while reducing the number of degree-of-freedom to resolve the computational and cost problems. Thus, the spectral element model with variational method for an axially moving Bernoulli-Euler beam subjected to axial tension is developed in the present paper. The high accuracy of the spectral element model is the verified by comparing its solutions with the conventional finite element solutions and exact analytical solutions. The effects of the moving speed and axial tension the vibration characteristics, wave characteristics, and the static and dynamic stabilities of a moving beam are investigated.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.258-265
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1998
Application of the flat shell element with drilling D.O.F to linear buckling analysis of thin-walled structures is presented in this paper. The shell element has been developed basically by combining a membrane element with drilling D.O.F. and Mindlin plate bending element. Thus, the shell element possesses six degrees-of-freedom per node which, in addition to improvement of the element behavior, permits an easy connection to other six degrees-of-freedom per node elements(CLS, Choi and Lee, 1995). Accordingly, structures like folded plate and stiffened shell structure, for which it is hard to find the analytical solutions, can be analyzed using these developed flat shell elements. In this paper, linear buckling analysis of thin-walled structures like folded plate structures using the shell elements(CLS) with drilling D.O.F. to be formulated and then fulfilled. Subsequently, buckling modes and the critical loads can be output. Finally. finite element solutions for linear buckling analysis of folded plate structures are compared with available analytic solutions and other researcher's results.
The spectral element modeling is known to provide very accurate structural dynamic characteristics, while reducing the number of degree-of-freedom to resolve the computational and cost problems. Thus, the spectral element model with variational method for an axially moving string subjected to axial tension is developed in the present paper. The high accuracy of the spectral element model is the verified by comparing its solutions with the conventional finite element solutions and exact analytical solutions. The effects of the moving speed and axial tension the vibration characteristics, wave characteristics, and the static and dynamic stabilities of a moving string are investigated.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.192-199
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2002
The use of frequency-dependent dynamic stiffness matrix (or spectral element matrix) in structural dynamics may provide very accurate solutions, while it reduces the number of degrees-of-freedom to improve the computational efficiency and cost problems. Thus, this paper develops a spectral element model for the thin plates moving with constant speed under uniform in-plane tension. The concept of Kantorovich method is used in the frequency-domain to formulate the dynamic stiffness matrix. The present spectral element model is evaluated by comparing its solutions with the exact analytical solutions. The effects of moving speed and in-plane tension on the flexural wave dispersion characteristics and natural frequencies of the plate are numerically investigated.
A linearly tapered, doubly symmetric thin-walled closed member, such as power-transmission towers and tourist towers, are often characterized by local variation in mass and/or rigidity, due to additional mass and rigidity. On the preliminary stage of design the closed-form solution is more effective than the finite element method. In order to propose approximate solutions, the discontinuous and local variation in mass and/or rigidity is treated continuously by means of a usable function proposed by Takabatake(1988, 1991, 1993). Thus, a simplified analytical method and approximate solutions for the free and forced transverse vibrations in linear elasticity are demonstrated in general by means of the Galerkin method. The solutions proposed here are examined from the results obtained using the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method and from the results obtained using NASTRAN.
Smoking is one of the main causes of health problems and continues to be one of the world's most significant health challenges. In this paper, we use the multi-step Adomian decomposition method (MSADM) to obtain approximate analytical solutions for a mathematical fractional model of the evolution of the smoking habit. The proposed MSADM scheme is only a simple modification of the Adomian decomposition method (ADM), in which ADM is treated algorithmically with a sequence of small intervals (i.e. time step) for finding accurate approximate solutions to the corresponding problems. A comparative study between the new algorithm and the classical Runge-Kutta method is presented in the case of integer-order derivatives. The solutions obtained are also presented graphically. The results reveal that the method is effective and convenient for solving linear and nonlinear differential equations of fractional order.
The present work investigates the wave generation and propagation in a 2-D wave flume to assess the effect of wave reflection for varying beach slopes by using a numerical tool based on computational fluid dynamics. At first, a numerical wave flume (NWF) is created with different mesh sizes to select the optimum mesh size for time efficient simulation. In addition, different beach slope conditions are introduced such as 1:3, 1:5 and numerical beach at the far end of the NWF to optimize the wave reflection solutions. In addition, several parameters are analysed in order to optimize the solutions. The developed numerical model and its key findings are compared with analytical and experimental surface elevation results and it reveals a good correlation. Finally, the recommended numerical solutions are validated with the experimental findings.
This study aims to estimate crack location and crack length in damaged beam structures using transfer matrix formulations, which are based on analytical solutions of governing equations of motion. A single variable shear deformation theory (SVSDT) that considers parabolic shear stress distribution along beam cross-section is used, as well as, Timoshenko beam theory (TBT). The cracks are modelled using massless rotational springs that divide beams into segments. In the forward problem, natural frequencies of intact and cracked beam models are calculated for different crack length and location combinations. In the inverse approach, which is the main concern of this paper, the natural frequency values obtained from experimental studies, finite element simulations and analytical solutions are used for crack identification via plots of rotational spring flexibilities against crack location. The estimated crack length and crack location values are tabulated with actual data. Three different beam models that have free-free, fixed-free and simple-simple boundary conditions are considered in the numerical analyses.
PURPOSES: Implementation and verification of the simple linear cohesive viscoelastic contact model that can be used to simulate dynamic behavior of sticky aggregates. METHODS: The differential equations were derived and the initial conditions were determined to simulate a free falling ball with a sticky surface from a ground. To describe this behavior, a combination of linear contact model and a cohesive contact model was used. The general solution for the differential equation was used to verify the implemented linear cohesive viscoelastic API model in the DEM. Sensitivity analysis was also performed using the derived analytical solutions for several combinations of damping coefficients and cohesive coefficients. RESULTS : The numerical solution obtained using the DEM showed good agreement with the analytical solution for two extreme conditions. It was observed that the linear cohesive model can be successfully implemented with a linear spring in the DEM API for dynamic analysis of the aggregates. CONCLUSIONS: It can be concluded that the derived closed form solutions are applicable for the analysis of the rebounding behavior of sticky particles, and for verification of the implemented API model in the DEM. The assumption of underdamped condition for the viscous behavior of the particles seems to be reasonable. Several factors have to be additionally identified in order to develop an enhanced contact model for an asphalt mixture.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.13
no.3
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pp.254-261
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2001
It is well known that when long waves propagate from deep ocean onto a continental shelf with a very steep continental slope, the waves reflected from the shore can not propagate offshore and are re-reflected from the continental slope so that large water level fluctuations are induced near the shore. Liu(1986) has analyzed this phenomenon by assuming a topography which has a depth discontinuity along a semicircular offshore boundary, but his solution is erroneous. In the present paper, we correct his analytical solutions for a straight shoreline and a rectangular harbor. The corrected solution is then compared with the numerical results of the Galerkin finite element model of Jeong et al.(1998), which is based on the extended mild-slope equation.
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