This paper presents the nonlinear characteristics of the parametric resonance of a simply supported beam which is inextensible beam. For the beam model, the order-three expanded equation of motion has been determined in a form amenable to a perturbation treatment. The equation of motion is derived by a special Cosserat theory. The method of multiple scales is used to determine the equations that describe to the first-order modulation of the amplitude of simply supported beam. The stability and the bifurcation points of the system are investigated applying the frequency response function.
Composites exhibit larger dispersion in their material properties compared to conventional materials due to larger number of parameters associated with their manufacturing processes. A $C^0$ finite element method has been used for arriving at an eigenvalue problem using higher order shear deformation theory for initial buckling of laminated composite plates. The material properties have been modeled as basic random variables. A mean-centered first order perturbation technique has been used to find the probabilistic characteristics of the buckling loads with different edge conditions. Results have been compared with Monte Carlo simulation, and those available in literature.
A linearization owing to Oseen originally is performed to study the recirculating Navier-Stokes flows at high Reynolds numbers. The procedure is generalized to produce higher order asymptotic expansion for the flow velocity. We call this the Oseen-type expansion of the given flow. As a concrete example, the velocity of a steady Navier-Stockes flow due to a swimming flexible sheet in two-dimensional infinite strip domain is calculated by an asymptotic expansion technic with two-parameters, the Reynolds number R and the perturbation parameter $\varepsilon$ first and then R secondly. The asymptotic result is up to second order in $\varepsilon$.
A method for the dynamical analysis of FE discretized uncertain linear and nonlinear structures is presented. This method is based on the moment equation approach, for which the differential equations governing the response first and second-order statistical moments must be solved. It is shown that they require the cross-moments between the response and the random variables characterizing the structural uncertainties, whose governing equations determine an infinite hierarchy. As a consequence, a closure scheme must be applied even if the structure is linear. In this sense the proposed approach is approximated even for the linear system. For nonlinear systems the closure schemes are also necessary in order to treat the nonlinearities. The complete set of equations obtained by this procedure is shown to be linear if the structure is linear. The application of this procedure to some simple examples has shown its high level of accuracy, if compared with other classical approaches, such as the perturbation method, even for low levels of closures.
In this paper, the numerical integration method for general singularly perturbed two point boundary value problems with mixed boundary conditions of both left and right end boundary layer is presented. The original second order differential equation is replaced by an approximate first order differential equation with a small deviating argument. By using the trapezoidal formula we obtain a three term recurrence relation, which is solved using Thomas Algorithm. To demonstrate the applicability of the method, we have solved four linear (two left and two right end boundary layer) and one nonlinear problems. From the results, it is observed that the present method approximates the exact or the asymptotic expansion solution very well.
In this article, we present a numerical scheme for solving singularly perturbed (i.e. highest -order derivative term multiplied by small parameter) Burgers-Huxley equation with appropriate initial and boundary conditions. Most of the traditional methods fail to capture the effect of layer behavior when small parameter tends to zero. The presence of perturbation parameter and nonlinearity in the problem leads to severe difficulties in the solution approximation. To overcome such difficulties the present numerical scheme is constructed. In construction of the numerical scheme, the first step is the dicretization of the time variable using forward difference formula with constant step length. Then, the resulting non linear singularly perturbed semidiscrete problem is linearized using quasi-linearization process. Finally, differential quadrature method is used for space discretization. The error estimate and convergence of the numerical scheme is discussed. A set of numerical experiment is carried out in support of the developed scheme.
The present study is concerned with the stochastic linear free vibration study of laminated composite plate embedded with piezoelectric layers with random material properties. The system equations are derived using higher order shear deformation theory. The lamina material properties of the laminate are modeled as basic random variables for accurate prediction of the system behavior. A $C^0$ finite element is used for spatial descretization of the laminate. First order Taylor series based mean centered perturbation technique in conjunction with finite element method is outlined for the problem. The outlined probabilistic approach is used to obtain typical numerical results, i.e., the mean and standard deviation of natural frequency. Different combinations of simply supported, clamped and free boundary conditions are considered. The effect of side to thickness ratio, aspect ratio, lamination scheme on scattering of natural frequency is studied. The results are compared with those available in literature and an independent Monte Carlo simulation.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제6권2호
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pp.1-10
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2019
In this paper, the probabilistic free vibration analysis of a geometrically coupled cantilever wing with uncertain material properties is carried out using stochastic finite element (SFEM) based on first order perturbation technique. Here, both stiffness and damping of the system are considered as random parameters. The bending and torsional rigidities are assumed as spatially varying second order Gaussian random fields and represented by Karhunen Loeve (K-L) expansion. Here, the expected value, standard deviation, and probability distribution of random natural frequencies and damping ratios are computed. The results obtained from the present approach are also compared with Monte Carlo simulations (MCS). The results show that the uncertain bending rigidity has more influence on the damping ratio and frequency of modes 1 and 3 while uncertain torsional rigidity has more influence on the damping ratio and frequency of modes 2 and 3.
A parameter uniform numerical scheme is proposed for solving singularly perturbed parabolic partial differential-difference convection-diffusion equations with a small delay and advance parameters in reaction terms and spatial variable. Taylor's series expansion is applied to approximate problems with the delay and advance terms. The resulting singularly perturbed parabolic convection-diffusion equation is solved by utilizing the implicit Euler method for the temporal discretization and finite difference method for the spatial discretization on a uniform mesh. The proposed numerical scheme is shown to be an ε-uniformly convergent accurate of the first order in time and second-order in space directions. The efficiency of the scheme is proved by some numerical experiments and by comparing the results with other results. It has been found that the proposed numerical scheme gives a more accurate approximate solution than some available numerical methods in the literature.
When a molecule is perturbed by an external field, the perturbed moecue can be described as a doubly perturbed system. Hartree-Fock operator in the absence of the field is the zeroth order Hamiltonian, and a correlation operator and the external field operator are perturbations. The effective Hamiltonian, which is a projection of the total Hamiltonian onto a small finite subspace (usually a valence space), has been formally derived. The influence of the external field to the molecular Hamiltonian itself has been examined within an effective Hamiltonian framework. The first order effective expectation values, for instance electromagnetic transition amplitudes, between valence states are found to be easily calculated - by simply taking matrix elements of the effective external field operator. Implications of the terms in perturbation expansion are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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