A review of previous studies shows that although there is a considerable difference between buckling loads of structures under follower and non-follower lateral loads, only the buckling load of FGM elliptical cylindrical shell under non-follower lateral load was investigated in the literature. This study is the first to obtain the buckling load of elliptical FGM cylindrical shells under follower lateral load and also make a comparison between buckling loads of elliptical FGM cylindrical shells under follower and non-follower lateral loads. Moreover, this research is the first one to derive the load potential function of elliptical cylindrical shell. In this regard, the FGM cylindrical elliptical shell was modeled using the semi-analytical finite strip method and based on the First Shear Deformation Theory (FSDT). The shell is discretized by strip elements aligned in the longitudinal direction. The Lagrangian and harmonic shape functions were considered in the circumference and longitudinal directions, respectively. The buckling pressure of the shell under follower and non-follower lateral loads was obtained from eigenvalue problem. The results obtained from the model were compared with those presented in the literature to evaluate the validity of the model. A comparison index was defined to compare the buckling loads of the shell under follower and non-follower lateral load. A parametric study was carried out to investigate the effects of material properties and shell geometry characteristics on the comparison index. For the elliptical cylindrical shells with length-to-radius ratio greater than 16 and major-to-minor axis ratio greater than 0.6, the comparison index reaches to more than 20 percent which is significant. Moreover, the maximum difference is about 30 percent in some cases. The results obtained from the parametric study indicate that the buckling load of long elliptical cylindrical shell under non-follower load is not reliable.
Kim, Hyun-Sung;Won, Younguk;Oh, Young Jae;Lee, Kangsu;Kim, Byoung Wan
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.3
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pp.191-202
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2021
Studies on very large offshore structures are increasing owing to the development of deep sea, large-scale energy generation using ocean resources, and so on. The enlargement of offshore structures makes the hydroelastic effect and low natural frequency related responses important. Numerical analyses and model tests for hydroelastic and higher-order springing responses of fixed cylindrical structures are conducted in this study. The panel methods with and without the hydroelastic effect with shell elements, and the Morison analysis method with beam elements are applied. To observe the hydroelastic effect for structural strength, two structures are considered: bottom-fixed cylindrical structures with high and low bending stiffnesses, respectively. The surge motions at the top of the structure and bending stresses on the structure are observed under regular and irregular wave conditions. The regular wave conditions are generated considering the ratios of the cylindrical outer diameter to the wave lengths, and keeping the wave steepness constant. The model tests are performed in the three-dimensional ocean engineering basin in the KRISO (Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering). From the numerical and experimental results, in which the hydroelastic responses are only observed in the case of the structure with a low bending stiffness, it is confirmed that the hydroelastic responses are highly dependent on the structural stiffness. Additionally, the higher-order phenomenon on the specified wave condition is analyzed by observing the higher-order springing responses when the incident wave frequency or its multiples with the high wave height coincides with the natural frequency of the structure.
Najafov, A.M.;Sofiyev, A.H.;Hui, D.;Karaca, Z.;Kalpakci, V.;Ozcelik, M.
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.453-470
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2014
This article is the result of an investigation on the influence of a Pasternak elastic foundation on the stability of exponentially graded (EG) cylindrical shells under hydrostatic pressure, based on the first-order shear deformation theory (FOSDT) considering the shear stresses. The shear stresses shape function is distributed parabolic manner through the shell thickness. The governing equations of EG orthotropic cylindrical shells resting on the Pasternak elastic foundation on the basis of FOSDT are derived in the framework of Donnell-type shell theory. The novelty of present work is to achieve closed-form solutions for critical hydrostatic pressures of EG orthotropic cylindrical shells resting on Pasternak elastic foundation based on FOSDT. The expressions for critical hydrostatic pressures of EG orthotropic cylindrical shells with and without an elastic foundation based on CST are obtained, in special cases. Finally, the effects of Pasternak foundation, shear stresses, orthotropy and heterogeneity on critical hydrostatic pressures, based on FOSDT are investigated.
Reisi, Alireza;Mirdamadi, Hamid Reza;Rahgozar, Mohammad Ali
Earthquakes and Structures
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v.18
no.5
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pp.637-648
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2020
In this study, a new steel cylindrical shell configuration of the dissipative energy device is proposed to improve lateral ductility and to reduce the damage of the structures against seismic forces. Four nested-eccentric- cylindrical shells are used to constructing this device; therefore, this proposed device is named nested-eccentric-cylindrical shells damper (NECSD). The particular configuration of the nested-eccentric-cylindrical shells is applied to promote the mechanical characteristics, stability, and overall performance of the damper in cyclic loads. Shell-type components are performed as a combination of series and parallel non-linear springs into the in-plan plastic deformation. Numerical analysis with respect to dimensional variables are used to calculate the mechanical characteristics of the NECSD, and full-scale testing is conducted for verifying the numerical results. The parametric study shows the NECSD with thin shells were more flexible, while devices with thick shells were more capacious. The results from numerical and experimental studies indicate that the NECSD has a stable behavior in hysteretic loops with highly ductile performance, and can provide appropriate dissipated energy under cyclic loads.
The missile is affected by both spinning and axial motion during its movement, which will have a very adverse impact on the stability and reliability of the missile. This paper regards missiles as cylindrical shell structures with spinning and axial motion. In this article, the forced vibration of carbon nanotube-reinforced composites (CNTRCs) cylindrical shells with spinning motion and axial motion is investigated, in which the clamped-clamped and simply-simply supported boundary conditions are considered. The displacement field is described by the first-order shear theory, and the vibration equation is deduced by using the Euler-Lagrange equation, after dimensionless processing, the dimensionless equation of motion is obtained. The correctness of this paper is verified by comparing with the results of the existing literature, in which the simply-simply supported ends are taken into account. In the end, the effects of different parameters such as spinning velocity, axial velocity, carbon nanotube volume fraction, length thickness ratio and load position on the resonance behavior of cylindrical shells are given. It can be found that these parameters can significantly change the resonance of axially moving and rotating moving CNTRCs cylindrical shells.
Xiaoyuan Liu;Radzliyana Radzuwan;Nadiah Diyana Tan Binti Abdullah
Advances in concrete construction
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v.16
no.4
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pp.189-203
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2023
This study investigates the bending and stability properties of cylindrical constructions, with a focus on their use in the design and implementation of sporting equipment. The work focuses on a cylindrical construction resembling nanomotors, similar to components seen in sports equipment, using mathematical modeling based on high-order beam theory and nonlocal strain gradient theory. The analysis provides important insights into the dynamic behavior of these systems, revealing light on the impact of numerous factors such as rotational velocity, section change rate, and structural dimensions. The results show a relationship between angular velocity growth and section change rate, which leads to an increase in fundamental frequency values. Furthermore, the research emphasizes the effect of structural factors on dynamic deflection, giving critical information for increasing the stability and performance of sporting equipment. This study adds to the area of sports engineering by providing a more nuanced understanding of how cylindrical constructions react under diverse settings. The results will help to guide the design and manufacturing processes of sports equipment, assuring improved stability and performance for players across a wide range of sports.
In this paper, the vibro-acoustic behaviors of vibrational cylindrical shells are investigated by using structural intensity approach. The reducing interior noise method for vibrating cylindrical shells is proposed by altering and redistributing the structural intensity through changing the damping property of the structure. The concept of proposed novel method is based on the properties of structural intensity distribution on cylindrical shells under different load and damping conditions, which can reflects power flow in the structures. In the study, the modal formulas of structural intensity are developed for the steady state vibration of cylindrical shell structures. The detailed formulas of structural intensity are derived by substituting modal quantities, in which the effect of main parameters such as weight coefficients and distribution functions on structure intensity are analyzed and discussed. Numerical simulations are first carried out based on the structural intensity analytical solutions of modal formulas. Through simulating the coupling vibration and acoustical radiation problems of cylindrical shell, the relationship between vibro-acoustic and structural intensity distribution is derived. We find that for cylindrical shell, by properly arranging damping conditions, the structural intensity can be efficiently changed and further the noise property can be improved. The proposed methodology has important implications and potential applications in the vibration and noise control of fuselage structure.
Wind tunnel tests are conducted to investigate the wind loads on vertical fixed-roof cylindrical tanks with a very low aspect ratio of 0.275, which is a typical ratio for practical tanks with a volume of $100,000m^3$. Both the flat-roof tank and the dome-roof tank are investigated in present study. The first four moments of the measured wind pressure, including the mean and normalized deviation pressure, kurtosis and skewness of the pressure signal, are obtained to study the feature of the wind loads. It is shown that the wind loads are closely related to the behavior of flow around the structure. For either tank, the mean wind pressures on the cylinder are positive on the windward area and negative on the sides and the wake area, and the mean wind pressures on the whole roof are negative. The roof configurations have no considerable influence on the mean pressure distributions of cylindrical wall in general. Highly non-Gaussian feature is found in either tank. Conditional sampling technique, envelope method, and the proper orthogonal decomposition (POD) analysis are employed to investigate the characteristics of wind loads on the cylinder in more detail. It is shown that the patterns of wind pressure obtained from conditional sampling are similar to the mean pressure patterns.An instantaneous pressure coefficient can present a wide range from the maximum value to the minimum value. The quasi-steady assumption is not valid for structures considered in this paper according to the POD analysis.
SON, KI-SUNG;JEON, HYEONG-SEOP;PARK, JIN-HO;PARK, JONG WON
Nuclear Engineering and Technology
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v.47
no.4
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pp.488-499
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2015
Acceleration sensors are usually used to measure the vibration of a structure. Although this is the most accurate method, it cannot be used remotely because these are contact-type sensors. This makes measurement difficult in areas that cannot be easily approached by surveyors, such as structures located in high or dangerous areas. Therefore, a method that can measure the structural vibration without installing sensors is required for the vibration measurement of structures located in these areas. Many conventional studies have been carried out on non-contact-type vibration measurement methods using cameras. However, they have been applied to structures with relatively large vibration displacements such as buildings or bridges, and since most of them use targets, people still have to approach the structure to install the targets. Therefore, a new method is required to supplement the weaknesses of the conventional methods. In this paper, a method is proposed to measure vibration displacements remotely using a camera without having to approach the structure. Furthermore, an estimation method for the measurement resolution and measurement error is proposed for the vibration displacement of a cylindrical structure measured using the proposed measurement method. The proposed methods are described, along with experimental results that verify their accuracy.
The structures and properties of Cu nanowires have been investigated using molecular dynamics simulations. Cylindrical multi-shell Cu nanowires maintain their structures at room temperature and their structural properties are different from the structural properties of nanowires with face-centered-cubic structure. The results from nanopillar and tensile testing of cylindrical multi-shell Cu nanowire showed structures related to pentagonal needle-like crystal structures. Since the subunits of pentagonal nanowire with needle-like crystal are face-centered-cubic structure, pentagonal multi-shell nanowires are stable one-dimensional structures in nanostructured materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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