In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
In this study, we derive closed-form expressions of magnetic gradient tensor due to a circular cylinder. Because the expression for magnetic field has been derived in a previously conducted study, expressions are developed for the magnetic gradient tensor based on the derivatives of the expressions of magnetic field with respect to the variables of the Cartesian coordinates. Furthermore, expressions are derived for the magnetic gradient tensor based on the relations between the Cartesian and cylindrical coordinates in the derivative because the expression for magnetic field contains variables of cylindrical coordinates owing to its axial symmetry.
In this paper, initial value problem for dynamical astronomy will be established using parabolic cylindrical coordinates. Computation algorithm is developed for the initial value problem of gravity perturbed trajectories. Applications of the algorithm for the problem of final state predication are illustrated by numerical examples of seven test orbits of different eccentricities. The numerical results are extremely accurate and efficient in predicating final state for gravity perturbed trajectories which is of extreme importance for scientific researches as well as for military purposes. Moreover, an additional efficiency of the algorithm is that, for each of the test orbits, the step size used for solving the differential equations of motion is larger than 70% of the step size used for obtaining its reference final state solution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.2
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pp.213-220
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1998
The conventional discrete-ordinates method (DOM) is modified and developed for the analysis of two-dimensional axisymmetric cylindrical enclosure with curved wall. The objective of the present work is to extend the capability of the conventional DOM into a general axisymmetric geometry like nozzle-shaped enclosure, by adopting the arbitrary control angle as was done in the finite-volume method (FVM), while keeping the same two-dimensional solution procedure as in the conventional DOM. The present method is validated by applying it to three different benchmark problems of axisymmetric enclosure containing absorbing, emitting and scattering medium. Results presented in this work not only support the solution accuracy, but also moderate efficiency in the numerical calculation of axisymmetric radiation problem.
The closed-form expressions of the vector gravity and gravity gradient tensor due to a circular disk are derived. The gravity potential due to a circular disk with a constant density is defined for a cylindrical system. Then, the vector gravity is derived by differentiating the gravity potential with respect to cylindrical coordinates. The radial component of the vector gravity in the cylindrical system is converted into horizontal gravity components in the Cartesian system. Finally, the gravity gradient tensor due to a circular disk is obtained by differentiating the vector gravity with respect to the Cartesian coordinates.
A rotational pulse-echo ultrasonic propagation imager that can inspect cylindrical specimens for material nondestructive evaluations is proposed herein. In this system, a laser-generated ultrasonic bulk wave is used for inspection, which enables a clear visualization of subsurface defects with a precise reproduction of the damage shape and size. The ultrasonic waves are generated by a Q-switched laser that impinges on the outer surface of the specimen walls. The generated waves travel through the walls and their echo is detected by a Laser Doppler Vibrometer (LDV) at the same point. To obtain the optimal Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the measured signal, the LDV requires the sensed surface to be at a right angle to the laser beam and at a predefined constant standoff distance from the laser head. For flat specimens, these constraints can be easily satisfied by performing a raster scan using a dual-axis linear stage. However, this arrangement cannot be used for cylindrical specimens owing to their curved nature. To inspect the cylindrical specimens, a circular scan technology is newly proposed for pulse-echo laser ultrasound. A rotational stage is coupled with a single-axis linear stage to inspect the desired area of the specimen. This system arrangement ensures that the standoff distance and beam incidence angle are maintained while the cylindrical specimen is being inspected. This enables the inspection of a curved specimen while maintaining the optimal SNR. The measurement result is displayed in parallel with the on-going inspection. The inspection data used in scanning are mapped from rotational coordinates to linear coordinates for visualization and post-processing of results. A graphical user interface software is implemented in C++ using a QT framework and controls all the individual blocks of the system and implements the necessary image processing, scan calculations, data acquisition, signal processing and result visualization.
High-frequency electromagnetic (EM) wave propagation associated with borehole ground-penetrating radar (GPR) is a complicated phenomenon. To improve the understanding of the governing physical processes, we employ a finite-difference time-domain solution of Maxwell's equations in cylindrical coordinates. This approach allows us to model the full EM wavefield associated with crosshole GPR surveys. Furthermore, the use of cylindrical coordinates is computationally efficient, correctly emulates the three-dimensional geometrical spreading characteristics of the wavefield, and is an effective way to discretise explicitly small-diameter boreholes. Numerical experiments show that the existence of a water-filled borehole can give rise to a strong waveguide effect which affects the transmitted waveform, and that excitation of this waveguide effect depends on the diameter of the borehole and the length of the antenna.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.10
no.4
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pp.263-269
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2007
A numerical algorithm for three-dimension laminar flow in an agitated vessel was established by using the spherical coordinates. Flow pattern for the double-stage paddle impeller was not dependent upon the distance of among the impeller in the agitated vessels. The numerical simulation of the flow pattern in spherical and cylindrical agitated vessel agree well with the visualization results.
This paper shows newly developed equations of cylindrical shell motion, which solutions are obtained as a set of linear equation. Each linear equation is derived along each axis of cylindrical coordinates. The admittance and the free wavenumber are obtained under assumption of point excition on a cylindrical shell. Their results are shown in figures. In this results, this paper shows a possibility that a vibration and a noise generated in a cylindrical shell can be formulated as a mathematical model.
Ferezghi, Yaser Sadeghi;Sohrabi, Mohamad R.;MosaviNezhad, Seyed M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.6
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pp.659-669
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2018
The Dynamic equations in the polar coordinates are drawn out using the MLPG method for the non-symmetric FG cylindrical shell. To simulate the mechanical properties of FGM, the nonlinear volume fractions for radial direction are used. The shape function applied in this paper is a form of the radial basis functions, by using this function all the requirements for an effective and suitable shape function are established. Hence in this study, the multiquadrics (MQ) radial basis functions are exploited as the shape function governing the problem. The MLPG method is combined with the the Newmark time approximation scheme to solve dynamic equations in the time domain. The obtained results by the MLPG method to be verified are compared with the analytical solution and the FEM. The obtained results through the MLPG method show a good agreement in comparison to other results and the MLPG method has high accuracy for dynamic analysis of the non-symmetric FG cylindrical shell. To demonstrate the capability of the present method to dynamic analysis of the non-symmetric FG cylindrical shell, it is analyzed dynamically with different volume fraction exponents under harmonic and rectangular shock loading. The present method shows high accuracy, efficiency and capability to dynamic analysis of the non-symmetric FG cylindrical shell with nonlinear grading patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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