This study uses the state-space approach to study the bending behavior of Levy-type functionally graded (FG) plates sandwiched between two piezoelectric layers. The coupled governing equations are obtained using Hamilton's principle and Maxwell's equation based on the efficient four-variable refined plate theory. The partial differential equations (PDEs) are converted using Levy's solution technique to ordinary differential equations (ODEs). In the context of the state-space method, the higher-order ODEs are simplified to a system of first-order equations and then solved. The results are compared with those reported in available references and those obtained from Abaqus FE simulations, and good agreements between results confirm the accuracy and efficiency of the approach. Also, the effect of different parameters such as power-law index, aspect ratio, type of boundary conditions, thickness-to-side ratio, and piezoelectric thickness are studied.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.11
no.3
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pp.32-35
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1974
The SCR oscillator is ctaracterized by the second order differential equation which is consistent with both its equivalent circuit and its empirical formula. It is found that the wave form of the SCR oscillator contains the components of higher harmonics and that this oscillator is static since its representative point on the phase tragectory has the sense directed to the equilifrium point.
Tharwat Osman;Salwa A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher;Mashhour A. Alazwari;Nazira Mohamed
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.25-43
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2024
In this article, a mathematical model is developed to predict the dynamic behavior of bio-inspired composite beam with helicoidal orientation scheme under variable axial load using a unified higher order shear deformation beam theory. The geometrical kinematic relations of displacements are portrayed with higher parabolic shear deformation beam theory. Constitutive equation of composite beam is proposed based on plane stress problem. The variable axial load is distributed through the axial direction by constant, linear, and parabolic functions. The equations of motion and associated boundary conditions are derived in detail by Hamilton's principle. Using the differential quadrature method (DQM), the governing equations, which are integro-differential equations are discretized in spatial direction, then they are transformed into linear eigenvalue problems. The proposed model is verified with previous works available in literatures. Parametric analyses are developed to present the influence of axial load type, orthotropic ratio, slenderness ratio, lamination scheme, and boundary conditions on the natural frequencies of composite beam structures. The present enhanced model can be used especially in designing spacecrafts, naval, automotive, helicopter, the wind turbine, musical instruments, and civil structures subjected to the variable axial loads.
We have carried out high precision orbit calculation, by using various numerical techniques with accuracy of higher than fourth order, in order for exact prediction on position and velocity of celestial bodies and artificial satellites. General second order ordinary differential equation has been solved numerically to test the performance for each of numerical methods. We have compared computed values with exact solution obtained by using universal variables for two body problem and discussed overall results of numerical methods used in our calculation. As a result, it is found that high order difference table method called as Gauss-Jackson method is best one with easiness and efficiency in the increase of accuracy by number of initial values.
An iterative procedure for the calculation of the thick axisymmetric boundary layer and wake near the stern of a body of revolution is presented. Procedure consists of the potential flow calculation by a method of the integral equation of first kind and the calculation of boundary layer and wake by a differential me¬thod of the boundary layer theory. Additionally, higher order terms are included in the conventional momentum equations and continuity equation for the consider¬ation of the characteristics of axisymmetric flow different from the one of two dimentional flow and the thick boundary layer. These solutions are matched at the edge of boundary layer and wake. The results obtained by the present me¬thod are compared with the experimental data and it is found that the nominal wake distribution at the propeller plane of a axisymmetric body is in good agree¬ment with the experiment.
Two-dimensional stagnation flow toward a plane wall coated with magnetic fluid of uniform thickness is investigated. The flow field is represented as a similarity solution of the Navier-Stokes equation for this incompressible laminar flow. The resulting third order ordinary differential equation is solved numerically by using the shooting method and by determining two shooting parameters so as to satisfy the boundary and interface conditions. Features of the flow including streamline patterns are investigated for the varying values of density ratio, viscosity ratio, and Reynolds number. An adverse flow with double eddy pair in magnetic fluid region is found to emerge as the Reynolds number becomes higher than a threshold value. The results for the interface velocity, interface and wall shear stress, and boundary layer and displacement thickness are also presented.
This paper considers the solution of the stochastic differential equations (SDEs) with random operator and/or random excitation using the spectral SFEM. The random system parameters (involved in the operator) and the random excitations are modeled as second order stochastic processes defined only by their means and covariance functions. All random fields dealt with in this paper are continuous and do not have known explicit forms dependent on the spatial dimension. This fact makes the usage of the finite element (FE) analysis be difficult. Relying on the spectral properties of the covariance function, the Karhunen-Loeve expansion is used to represent these processes to overcome this difficulty. Then, a spectral approximation for the stochastic response (solution) of the SDE is obtained based on the implementation of the concept of generalized inverse defined by the Neumann expansion. This leads to an explicit expression for the solution process as a multivariate polynomial functional of a set of uncorrelated random variables that enables us to compute the statistical moments of the solution vector. To check the validity of this method, two applications are introduced which are, randomly loaded simply supported reinforced concrete beam and reinforced concrete cantilever beam with random bending rigidity. Finally, a more general application, randomly loaded simply supported reinforced concrete beam with random bending rigidity, is presented to illustrate the method.
This paper treats with the sub-optimal control problem of noninear systems by approximation method. This method involves the approximation by linearization which provides the sub-optimal solution of non-linear control problems. The result of this work shows that, in the problem in which the controlled plant is characterized by an ordinary differential equation of first order, the solution obtained by this method coincides with the exact solution of problem. In of case of the second or higher order systems, it is proved analytically that this method of linearization produces the sub-optimal solution of the given problem. It is also shown that the sub-optimality of solution by the method can be evaluated by introducing the upper and lower bounded performance indices. Discussion is made on the procedure with some illustrative examples whose performance indices are given in the quadratic forms.
It is known that Volterra kernel models can represent a wide variety of nonlinear chemical processes. Also, it is necessary for Volterra model identification to excite the process to be identified with a signal having wide range of frequency spectrum and high enough amplitude of input signals. Kashiwagi[4 ∼ 7] has recently shown a method for measuring Volterra kernels up to third order using pseudorandom M-sequence signals. However, in practice, since it is not always possible to apply such input sequences to the actual chemical plants. Even when we can apply such a pseudorandom signal to the process, it takes much time to obtain higher order Volterra kernels. Considering these problems, the authors propose here a new method for practical identification of Volterra kernels by use of approximate open differential equation (ODE) model and simple plant test. Simulation results are shown for verifying the usefulness of our method of identification of nonlinear chemical processes.
Benaoum, Abdelhak;Youzera, Hadj;Abualnour, Moussa;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Meftah, Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.80
no.6
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pp.727-736
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2021
In this work, mathematical modeling of the passive vibration controls of a three-layered sandwich beam under hard excitation is developed. Kelvin-Voigt Viscoelastic model is considered in the core. The formulation is based on the higher-order zig-zag theories where the normal and shear deformations are taken into account only in the viscoelastic core. The dynamic behaviour of the beam is represented by a complex highly nonlinear ordinary differential equation. The method of multiple scales is adopted to solve the analytical frequency-amplitude relationships in the super-harmonic resonance case. Parametric studies are carried out by using HSDT and first-order deformation theory by considering different geometric and material parameters.
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