In this article, the critical buckling of a single-walled carbon nanotube (SWCNT) embedded in Kerr's medium is studied. Based on the nonlocal continuum theory and the Euler-Bernoulli beam model. The governing equilibrium equations are acquired and solved for CNTs subjected to mechanical loads and embedded in Kerr's medium. Kerr-type model is employed to simulate the interaction of the (SWNT) with a surrounding elastic medium. A first time, a comparison with the available results is made, and another comparison between various models Winkler-type, Pasternak-type and Kerr-type is studied. Effects of nonlocal parameter and aspect ratio of length to diameter of nanobeam, as well as the foundation parameters on buckling of CNT are investigated. These results are important in the mechanical design considerations of nanocomposites based on carbon nanotubes.
The paper presents a review of the application of the newly proposed mixed finite element model for seismic simulation of different types of composite frame structures. To evaluate the performance of the element, a comparison with displacement-based and force-based models is conducted. The study revealed that the mixed model is superior to the others in terms of both speed of convergence and numerical stability, and is therefore considered the most practical approach for modeling of composite structures. In this model, the element is derived using independent force and displacement shape functions. The nonlinear response of the frame element is based on the section discretization into fibers with uniaxial material models. The interfacial behavior is modeled using an inelastic interface element. Numerical examples to clarify the advantages of the model are presented for the following structural applications: anchored reinforcing bar problems, composite steel-concrete girders with deformable shear connectors, beam on elastic foundation elements, R/C girders strengthened with FRP sheets, R/C beam-columns with bond-slip, and prestressed concrete girders. These studies confirmed that the model represents a major advancement over existing elements in simulating the inelastic behavior of composite structures.
The electromagnetic field can cause an essential change of the dynamic behavior of the railgun. The evaluation of the dynamics performance of railgun is a mandatory task. Here, a nonlinear electromagnetic force equation of the railgun is given in which the clearance, the thickness and the width of the rail are considered. Based on it, the nonlinear electromechanical coupled dynamics equations of Euler beam rails for the railgun are proposed. Using the equations, the nonlinear free vibration frequency of the railgun is investigated and the effects of the system parameters on the frequency are analyzed. The nonlinear forced responses of the rail to the electromagnetic excitation are investigated as well. The results show that as the nonlinearity of the railgun system is considered, the vibration frequencies of the railgun system increase; as the current in the rail increases, the difference between the natural frequencies and the nonlinear vibration frequencies increases significantly; the nonlinearity of the railgun system is more obvious for smaller distance between the two rails, smaller rail thickness, and smaller stiffness of the elastic foundation; the unstable dynamics state of the rail system occurs when the armature runs to the exit of the railgun. The results are useful for design and application of the railgun system.
For each construction material used, there is certain theoretical limit in sizes. For tall building construction, the reduction in slab weight is the first step to take in order to break such size limits. In this paper, the feasibility of such objective is proven and given by numerical analysis result. For a typical building slab, both concrete and advanced composite sandwich panels are considered. The concrete slab is treated as a special orthotropic plate to obtain more accurate result. Any method may be used to obtain the deflection influence surfaces needed for this vibration analysis. Finite difference method is used for this purpose, in this paper. The influence of the modulus of the foundation on the natural frequency is thoroughly studied.
Submarine collisions is one of the major hazardous factor for Submerged Floating Railway Tunnel (SFRT) and this study presents the safety evaluation for submarine collision to SFRT by using theoretical approach. Simplified method to evaluate the collision safety of SFRT was proposed based on the beam on elastic foundation theory. Firstly, the time history load function for submarine collision was obtained by using one-degree-of-freedom vibration model. Then, the equivalent mass and stiffness of the structure were calculated, and the collision responses of SFRT were evaluated. Finite element analysis was conducted to verify the proposed equations, and it can be found that the collision responses, such as deflection, and acceleration, agreed well with the proposed equations. Finally, derailment condition for high speed train in SFRT due to submarine collision was proposed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.832-835
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2005
The free vibration of tapered piles embedded in soil is investigated. The pile model is based on the Bernoulli-Euler beam theory and the soil is idealized as a Winkler model for mathematical simplicity. The governing differential equations for the free vibrations of such members are solved numerically. The square tapered piles with one free and the other hinged end with rotational spring are applied in numerical examples. The lowest two natural frequencies are obtained over a range of non-dimensional system parameters: the rotational spring parameter, the embedded ratio, the foundation parameter, the width ratio of the contact area and the section ratio.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.4
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pp.315-322
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2015
In this paper, the theory of rectangular plate on the elastic foundation is used to get the relation equation between the effective Young’s modulus and the ice sheet deflection by applying the characteristic length concept, since the model ice sheet is rectangular shape in KRISO (Korea Research Institute for Ships and Ocean Engineering) ice basin. The obtained relation equation is equal to that of using the circular plate theory. A device is made and used to measure the deflection of ice plate using LVDT (Linear Variable Differential Transformer) for several loading cases and the procedure of experiments measuring the deflection used for getting the Young’s modulus is explained. In addition, the flexural strength value obtained through flexural strength experiments is compared with that of finite element analysis using the obtained effective Young’s modulus. Also, a nonlinear FEA (Finite Element Analysis) of cantilever ice beam is done with eroding effect and LS-DYNA result shows the fracture of brittle ice under 1 mm/s velocity load.
Time-dependent buckling of embedded straight concrete columns armed with Silicon dioxide($SiO_2$) nano-particles exposed to fire is investigated in the present study for the fire time. The column is simulated mathematically with Timoshenko beam model. The governing mass conservation equations to describe heat and moisture transport in concrete containing free water, water vapor, and dry air in conjunction with the conversion of energy are considered. The characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka approach. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the critical buckling load and critical buckling time of structure. The influences of volume percent of $SiO_2nano-particles$, geometrical parameters, elastic foundation and concrete porosity are investigated on the time-dependent buckling behaviours of structure. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with $SiO_2nano-particles$, the structure becomes stiffer and the critical buckling load and time increase.
The problem of laterally loaded piles is particularly a complex soil-structure interaction problem. The flexural stresses developed due to the combined action of axial load and bending moment must be evaluated in a realistic and rational manner for safe and economical design of pile foundation. The paper reports the finite element analysis of pile groups. For this purpose simplified models along the lines similar to that suggested by Desai et al. (1981) are used for idealizing various elements of the foundation system. The pile is idealized one dimensional beam element, pile cap as two dimensional plate element and the soil as independent closely spaced linearly elastic springs. The analysis takes into consideration the effect of interaction between pile cap and soil underlying it. The pile group is considered to have been embedded in cohesive soil. The parametric study is carried out to examine the effect of pile spacing, pile diameter, number of piles and arrangement of pile on the responses of pile group. The responses considered include the displacement at top of pile group and bending moment in piles. The results obtained using the simplified approach of the F.E. analysis are further compared with the results of the complete 3-D F.E. analysis published earlier and fair agreement is observed in the either result.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.87-97
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1992
Of various design factors affecting icebreaking capability of an icebreaker, the stem angle(i.e., angle between bow stem and ice sheet) is the most important one under continuous icebreaking operation. This study focuses on the relationship between the bow stem angle of an icebreaker and its icebreaking capability. Considering relatively high loading-rate conditions with typical advancing speed of 3 to 4 knots, the material properties and deformation characteristics of sea ice are regarded as entirely elastic and brittle. In this paper the interaction process of icebreaker with level ice is simplified as a beam of finite length supported by Winkler-type elastic foundation simulating water buoyancy. The wedge type ice beam is loaded by the vertical impact forces due to the inclined bow stem of icebreaking vessels. The numerical model provides locations of maximum bending moment where extreme tensile stress arises and also possible fracture occurs. The model can predict a characteristic length of broken ice sheet upon the given environmental and design parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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