Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.4
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pp.643-652
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1989
The purpose of this research is to analyze the impact behavior of beam-like laminates due to the transverse impact of a steel ball according to the changes of stacking sequence and aspect ratio. For this purpose, it is carried out the dynamic finite element analyses using the modified beam theory for laminates and the first order shear deformation plate theory. The results of these analyses are compared with those of experimental impact tests. The composite materials are composed of [0.deg./45.deg./0.deg./-45.deg./0.deg.]$_{2S}$ and [90.deg./45.deg./90.deg./-45.deg./90.deg.]$_{2S}$ stacking sequences and have 4.5 t * 5(10, 20 & 30)w * 200(300)l(mm)dimensions. In all analyses, the specimens are clamped at both ends.cimens are clamped at both ends.
Functionally graded material (FGM) illustrates a novel class of composites that consists of a graded pattern of material composition. FGM is engineered to have a continuously varying spatial composition profile. Current work focused on buckling analysis of beam made of stepwise linear and quadratic graded material in axial direction subjected to axial span-load with piecewise function and rested on shear layer based on classical beam theory. The various boundary and natural conditions including simply supported (S-S), pinned - clamped (P-C), axial hinge - pinned (AH-P), axial hinge - clamped (AH-C), pinned - shear hinge (P-SHH), pinned - shear force released (P-SHR), axial hinge - shear force released (AH-SHR) and axial hinge - shear hinge (AH-SHH) are considered. To the best of the author's knowledge, buckling behavior of this kind of Euler-Bernoulli beams has not been studied yet. The equilibrium differential equation is derived by minimizing total potential energy via variational calculus and solved analytically. The boundary conditions, natural conditions and deformation continuity at concentrated load insertion point are expressed in matrix form and nontrivial solution is employed to calculate first buckling loads and corresponding mode shapes. By increasing truncation order, the relative error reduction and convergence of solution are observed. Fast convergence and good compatibility with various conditions are advantages of the proposed method. A MATLAB code is provided in appendix to employ the numerical procedure based on proposed method.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.6
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pp.670-682
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2018
This paper presents the experimental and numerical investigation results of the response of low-temperature steel (LT-FH32 grade steel) beams under repeated impacts at room temperature and a single impact at a sub-zero temperature. After conducting tensile tests at room and sub-zero, repeated impact tests were conducted on two clamped single-beam models at room temperature, and single-impact tests of two other clamped single-beam models were conducted at $-50^{\circ}C$. The single and repeated impact tests were conducted by releasing a knife-edge striker using a drop testing machine. The permanent deflection of the model measured after each impact gradually increased with increasing number of impacts. Under the reduced temperature, the permanent deflection of the models slightly decreased. The numerical analyses were also performed to predict the damage response of the tested single-beam models. A comparison of the numerical prediction with those of experiments showed quite reasonable agreement.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.5
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pp.447-454
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2011
This paper reports a filtered velocity feedback(FVF) controller, which is an alternative to direct velocity feedback(DVFB) controller. The instability problems due to high frequency response under DVFB can be alleviated by the suggested FVF controller. The FVF controller is designed to filter out the unstable high frequency response. The FVF controller and the dynamics of clamped beams under forces and moments are first formulated. The effects of the design parameters(cut-off frequency, gain, and damping ratio) on the stability and the performance are then investigated. The cut-off frequency should be selected not to affect the system stability. The magnitude of the open loop transfer function(OLTF) at the cut-off frequency should be small. As increasing the gain of the FVF controller, the magnitude of the OLTF is increased, so that the closed loop response can be reduced more. The enhancement of the OLTF at the cut-off frequency is reduced but the phase behavior around the cut-off frequency is distorted, as the damping ratio is increased. The control performance is finally estimated for the clamped beam. More than 10 dB reductions in velocity response can be achieved at the modal frequencies from the first to eighth modes.
We describe the fabrication and characterization of a doubly clamped multi-walled carbon nanotube (MWNT). The device was assembled by an application of electric field in solution. The MWNT was clamped on end of metal trench electrodes in solution and deposited with additional platinum (Pt) on edge of electrode for firmly suspending the MWNT by focused ion beam (FIB). The MWNTs range of diameter and length were 100 to 150 nm and 1.5 to $2{\mu}m$, respectively. Electrical characteristics of fabricated devices were measured by I-V curve and impedance analysis. The mechanical deformation was observed by resistivity in high air pressure. Resonant frequency around 6.8 MHz was detected and resistivity was linearly varied according to the magnitude of air pressure. This device could have potential applications in nanoelectronics and various sensors.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.264-270
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2011
This paper reports a filtered velocity feedback (FVF) controller, which is an alternative to direct velocity feedback (DVFB) controller. The instability problems due to high frequency response under DVFB can be alleviated by the suggested FVF controller. The FVF controller is designed to filter out the unstable high frequency response. The FVF controller and the dynamics of clamped beams under forces and moments are first formulated The effects of the design parameters (cut-off frequency, gain, and damping ratio) on the stability and the performance are then investigated. The cut-off frequency should be selected not to affect the system stability. The magnitude of the open loop transfer function (OLTF) at the cut-off frequency should be small. As increasing the gain of the FVF controller, the magnitude of the OLTF is increased, so that the closed loop response can be reduced more. The enhancement of the OLTF at the cut-off frequency is reduced but the phase behavior around the cut-off frequency is distorted, as the damping ratio is increased The control performance is finally estimated for the clamped beam. More than 10dB reductions in velocity response can be achieved at the modal frequencies from the first to eighth modes.
An efficient one dimensional finite element model has been presented for the dynamic analysis of composite laminated beams, using the efficient layerwise zigzag theory. To meet the convergence requirements for the weak integral formulation, cubic Hermite interpolation is used for the transverse displacement ($w_0$), and linear interpolation is used for the axial displacement ($u_0$) and shear rotation (${\psi}_0$). Each node of an element has four degrees of freedom. The expressions of variationally consistent inertia, stiffness matrices and the load vector are derived in closed form using exact integration. The formulation is validated by comparing the results with the 2D-FE results for composite symmetric and sandwich beams with various end conditions. The employed finite element model is free of shear locking. The present zigzag finite element results for natural frequencies, mode shapes of cantilever and clamped-clamped beams are obtained with a one-dimensional finite element codes developed in MATLAB. These 1D-FE results for cantilever and clamped beams are compared with the 2D-FE results obtained using ABAQUS to show the accuracy of the developed MATLAB code, for zigzag theory for these boundary conditions. This comparison establishes the accuracy of zigzag finite element analysis for dynamic response under given boundary conditions.
The size-dependent nonlinear thermomechanical vibration analysis of pre- and post-buckled tapered two-directional functionally graded (2D-FG) microbeams is presented in this study. In the context of the modified couple stress theory, the formulations are derived based on the parabolic shear deformation beam theory and von Karman nonlinear strains. Different thermomechanical material properties are assumed to be temperature-dependent and smoothly vary in both length and thickness directions using the power law and the physical neutral axis concept is employed. The nonlinear governing equations are derived using the Hamilton principle and the resulting variable coefficient equations of motion are solved using the differential quadrature method (DQM) and iterative Newton's method for clamped-clamped and simply supported boundary conditions. Comparison studies are presented to validate the derived model and solution procedure. The impacts of induced thermal moments, temperature power index, two gradient indices, nonuniform cross-section, and microstructure length scale parameter on the frequency-temperature configurations are explored for both clamped and simply supported microbeams.
Nonlinear internal modals interactions analysis of axially functionally graded nanorods is evaluated on the basis of nonlocal elasticity theory and Rayleigh beam model for the first time. Functionally graded materials can be determined as nonhomogeneous composites which are obtained by combining of two various materials in order to get a new ideal material. In this research, material properties of nanorods are supposed to be calmly varied along the axial direction. Hamilton's principle is used to derive the equations with consideration of Von-Kármán's geometrically nonlinearity. Harmonic Differential Quadrature (HDQ) and Multiple Scale (MS) solution techniques are used to derive an approximate-analytic solution to the linear and nonlinear free axial vibration problem of non-classical nanorods for clamped-clamped and clamped-free boundary conditions. A parametric study is carried out to indicate the effects of index of AFG, aspect ratio, mode number, internal resonances and nonlinear amplitude on nonlinear nonlocal frequencies of axially functionally graded nanorods. Also, the effects of nonlocal and nonlinear coefficients and AFG index on relationships of internal resonances have been investigated. The presented theatrical-semi analytical model has the ability to predict very suitable results for extracting the internal modal interactions in the AFG nanorod.
In this paper, nonlinear vibrations of the unsymmetrical laminated composite beam (LCB) on a nonlinear elastic foundation are studied. The governing equation of the problem is derived by using Galerkin method. Two different end conditions are considered: the simple-simple and the clamped-clamped one. The Hamiltonian Approach (HA) method is adopted and applied for solving of the equation of motion. The advantage of the suggested method is that it does not need any linearization of the problem and the obtained approximate solution has a high accuracy. The method is used for frequency calculation. The frequency of the nonlinear system is compared with the frequency of the linear system. The influence of the parameters of the foundation nonlinearity on the frequency of vibration is considered. The differential equation of vibration is solved also numerically. The analytical and numerical results are compared and is concluded that the difference is negligible. In the paper the new method for error estimation of the analytical solution in comparison to the exact one is developed. The method is based on comparison of the calculation energy and the exact energy of the system. For certain numerical data the accuracy of the approximate frequency of vibration is determined by applying of the suggested method of error estimation. Finally, it has been indicated that the proposed Hamiltonian Approach gives enough accurate result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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