Vibration investigation of fluid-filled three layered cylindrical shells is studied here. A cylindrical shell is immersed in a fluid which is a non-viscous one. Shell motion equations are framed first order shell theory due to Love. These equations are partial differential equations which are usually solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the wave propagation approach procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Lagrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the different layers with constituent material. The coupled frequencies changes with these layers according to the material formation of fluid-filled FG-CSs. Throughout the computation, it is observed that the frequency behavior for the boundary conditions follow as; clamped-clamped (C-C), simply supported-simply supported (SS-SS) frequency curves are higher than that of clamped-simply (C-S) curves. Expressions for modal displacement functions, the three unknown functions are supposed in such way that the axial, circumferential and time variables are separated by the product method. Computer software MATLAB codes are used to solve the frequency equation for extracting vibrations of fluid-filled.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제3권1호
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pp.10-16
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2016
A trigonometric Layerwise higher order shear deformation theory (TLHSDT) is developed and implemented for free vibration and buckling analysis of laminated composite and sandwich plates by analytical and finite element formulation. The present model assumes parabolic variation of out-plane stresses through the depth of the plate and also accomplish the zero transverse shear stresses over the surface of the plate. Thus a need of shear correction factor is obviated. The present zigzag model able to meet the transverse shear stress continuity and zigzag form of in-plane displacement continuity at the plate interfaces. Hence, botheration of shear correction coefficient is neglected. In the case of analytical method, the governing differential equation and boundary conditions are obtained from the principle of virtual work. For the finite element formulation, an efficient eight noded $C^0$ continuous isoparametric serendipity element is established and employed to examine the dynamic analysis. Like FSDT, the considered mathematical model possesses similar number of variables and which decides the present models computationally more effective. Several numerical predictions are carried out and results are compared with those of other existing numerical approaches.
A study on reaction kinetics for a PTMG/TDI prepolymer with 2,2'-dichloro-4,4'-methylenedianiline (MOCA), of which formulations may be generally used for fabricating high performance polyurethane elastomers, was peformed using non-isothermal differential scanning calorimetry (DSC). A number of thermograms were obtained at several constant heating rates, and analysed using Flynn-Wall-Ozawa (FWO) isoconversional method for activation energy, $E_a$ and extended-Avrami equation for reaction order, n. Urea formation reaction of the present system was observed to occur through the simple exothermic reaction process in the temperature range of $100{\sim}130^{\circ}C$ for the heating rate of $3{\sim}7^{\circ}C/min$. and could be well-fitted with generalized sigmoid function. Though activation energy was nearly constant as $53.0{\pm}0.5kJ/mol$, it tended to increase a little at initial stage, but it decreases at later stage by the transformation into diffusion-controlled reaction due to the increased viscosity. Reaction order was evaluated as about 2.8, which was somewhat higher than the generally well-known $2^{nd}$ order values for the various urea reactions. Both the reaction order and reaction rate explicitly increased with temperature, which was considered as the indication of occurring the side reactions such as allophanate or biuret formation.
This work proposes an original single variable shear deformation theory to study the buckling analysis of thick isotropic plates subjected to uniaxial and biaxial in-plane loads. This theory is built upon the classical plate theory (CPT) including the exponential function in terms of thickness coordinate to represent shear deformation effect and it involves only one governing differential equation. Efficacy of the present theory is confirmed through illustrative numerical examples. The obtained results are compared with those of other higher-order shear deformation plate theory results.
We study bifurcation for the following fractional Schrödinger equation $$\{\left.\begin{eqnarray}(-{\Delta})^su+V(x)u&=&{\lambda}f(u)&&{\text{in}}\;{\Omega}\\u&>&0&&{\text{in}}\;{\Omega}\\u&=&0&&{\hspace{32}}{\text{in}}\;{\mathbb{R}}^n{\backslash}{\Omega}\end{eqnarray}\right$$ where 0 < s < 1, n > 2s, Ω is a bounded smooth domain of ℝn, (-∆)s is the fractional Laplacian of order s, V is the potential energy satisfying suitable assumptions and λ is a positive real parameter. The nonlinear term f is a positive nondecreasing convex function, asymptotically linear that is $\lim_{t{\rightarrow}+{\infty}}\;{\frac{f(t)}{t}}=a{\in}(0,+{\infty})$. We discuss the existence, uniqueness and stability of a positive solution and we also prove the existence of critical value and the uniqueness of extremal solutions. We take into account the types of Bifurcation problem for a class of quasilinear fractional Schrödinger equations, we also establish the asymptotic behavior of the solution around the bifurcation point.
A nonlinear time-domain strip theory for vertical wave loads and ship responses is to be investigated. The hydrodynamic memory effect is approximated by a higher order differential equation without convolution. The ship is modeled as a non-uniform Timoshenko beam. Numerical calculations are presented for the S175 Containership translating with the forward speed in regular waves. The approach described in this paper can be used in evaluating ship motions and wave loads in extreme wave conditions and validating nonlinear phenomena in ship design.
The cure kinetics of blends of epoxy (DGEBA, diglycidyl ether of bisphenol A)/anhydride resin with polyamide copolymer, poly(dimmer acid-co-alkyl polyamine), were studied using differential scanning calorimetry (DSC) under isothermal condition. On increasing the amount of polyamide copolymer in the blends, the reaction rate was increased and the final cure conversion was decreased. Lower values of final cure conversions in the epoxy/(polyamide copolymer) blends indicate that polyamide hinders the cure reaction between the epoxy and the curing agent. The value of the reaction order, m, for the initial autocatalytic reaction was not affected by blending polyamide copolymer with epoxy resin, and the value was approximately 1.3, whereas the reaction order, n, for the general n-th order of reaction was increased by increasing the amount of polyamide copolymer in the blends, and the value increased from 1.6 to 4.0. A diffusion-controlled reaction was observed as the cure conversion increased and the rate equation was successfully analyzed by incorporating the diffusion control term for the epoxy/anhydride/(polyamide copolymer) blends. Complete miscibility was observed in the uncured blends of epoxy/(polyamide copolymer) up to 120 $^{\circ}C$, but phase separations occurred in the early stages of the curing process at higher temperatures than 120 "C. During the curing process, the cure reaction involving the functional group in polyamide copolymer was detected on a DSC thermogram.gram.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad;Arani, M.R. Ghorbanpour
Structural Engineering and Mechanics
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제69권4호
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pp.439-455
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2019
This research deals with thermo-electro-mechanical buckling analysis of the sandwich nano-beams with face-sheets made of functionally graded carbon nano-tubes reinforcement composite (FG-CNTRC) based on the nonlocal strain gradient elasticity theory (NSGET) considering various higher-order shear deformation beam theories (HSDBT). The sandwich nano-beam with FG-CNTRC face-sheets is subjected to thermal and electrical loads while is resting on Pasternak's foundation. It is assumed that the material properties of the face-sheets change continuously along the thickness direction according to different patterns for CNTs distribution. In order to include coupling of strain and electrical field in equation of motion, the nonlocal non-classical nano-beam model contains piezoelectric effect. The governing equations of motion are derived using Hamilton principle based on HSDBTs and NSGET. The differential quadrature method (DQM) is used to calculate the mechanical buckling loads of sandwich nano-beam as well as critical voltage and temperature rising. After verification with validated reference, comprehensive numerical results are presented to investigate the influence of important parameters such as various HSDBTs, length scale parameter (strain gradient parameter), the nonlocal parameter, the CNTs volume fraction, Pasternak's foundation coefficients, various boundary conditions, the CNTs efficiency parameter and geometric dimensions on the buckling behaviors of FG sandwich nano-beam. The numerical results indicate that, the amounts of the mechanical critical load calculated by PSDBT and TSDBT approximately have same values as well as ESDBT and ASDBT. Also, it is worthy noted that buckling load calculated by aforementioned theories is nearly smaller than buckling load estimated by FSDBT. Also, similar aforementioned structure is used to building the nano/micro oscillators.
Purpose: Heat transfers phenomena are described by the second order partial differential equation and its boundary conditions. In a three-dimensional structure of a building, the heat transfer phenomena generally include more than one material, and thus, become complicate. The analytic solutions are useful to understand heat transfer phenomena, but they can hardly be applied in engineering or design problems. Engineers and designers have generally been forced to use numerical methods providing reliable results. Finite volume methods with the unstructured grid system is only the suitable means of the analysis for the complex and arbitrary domains. Method: To obtain an numerical solution, a discretization method, which approximates the differential equations, and the interpolation methods for temperature and heat flux between two or more materials are required. The discretization methods are applied to small domains in space and time, and these numerical solutions form the descretized equations provide approximated solutions in both space and time. The accuracy of numerical solutions is dependent on the quality of discretizations and size of cells used. The higher accuracy, the higher numerical resources are required. The balance between the accuracy and difficulty of the numerical methods is critical for the success of the numerical analysis. A simple and easy interpolation methods among multiple materials are developed. The linear equations are solved with the BiCGSTAB being a effective matrix solver. Result: This study provides an overview of discretization methods, boundary interface, and matrix solver for the 3-dimensional numerical heat transfer including two materials.
This paper addresses temperature-dependent nonlinear vibration and instability of embedded functionally graded (FG) pipes conveying viscous fluid-nanoparticle mixture. The surrounding elastic medium is modeled by temperature-dependent orthotropic Pasternak medium. Reddy third-order shear deformation theory (RSDT) of cylindrical shells are developed using the strain-displacement relations of Donnell theory. The well known Navier-Stokes equation is used for obtaining the applied force of fluid to pipe. Based on energy method and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Generalized differential quadrature method (GDQM) is applied for obtaining the frequency and critical fluid velocity of system. The effects of different parameters such as mode numbers, nonlinearity, fluid velocity, volume percent of nanoparticle in fluid, gradient index, elastic medium, boundary condition and temperature gradient are discussed. Numerical results indicate that with increasing the stiffness of elastic medium and decreasing volume percent of nanoparticle in fluid, the frequency and critical fluid velocity increase. The presented results indicate that the material in-homogeneity has a significant influence on the vibration and instability behaviors of the FG pipes and should therefore be considered in its optimum design. In addition, fluid velocity leads to divergence and flutter instabilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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