International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제3권2호
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pp.33-44
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2002
The problem of eigenvalues and eigenvectors is obtained from a v-notched crack in pseudo-isotropic dissimilar materials by the traction free boundary and the perfect bonded conditions at interface. The complex stress function of the two-term William's type is used. The eigenvalues are solved by a commercial numerical program, MATHEMATICA. Stress singularities for v-notched cracks in pseudo-isotropic dissimilar materials are discussed. The RWCIM(Reciprocal Work Contour Integral Method) is applied to the determination of eigenvector coefficients associated with eigenvalues with egenvalues. The RWCIM algorithm is also coded by the MATHEMATICA.
The two-dimensional deformation of a homogeneous, isotropic thermoelastic half-space with voids with variable modulus of elasticity and thermal conductivity subjected to thermomechanical boundary conditions has been investigated. The formulation is applied to the coupled theory(CT) as well as generalized theories: Lord and Shulman theory with one relaxation time(LS), Green and Lindsay theory with two relaxation times(GL) Chandrasekharaiah and Tzou theory with dual phase lag(C-T) of thermoelasticity. The Laplace and Fourier transforms techniques are used to solve the problem. As an application, concentrated/uniformly distributed mechanical or thermal sources have been considered to illustrate the utility of the approach. The integral transforms have been inverted by using a numerical inversion technique to obtain the components of displacement, stress, changes in volume fraction field and temperature distribution in the physical domain. The effect of dependence of modulus of elasticity on the components of stress, changes in volume fraction field and temperature distribution are illustrated graphically for a specific model. Different special cases are also deduced.
본 논문에서는 비 등방성 복합 산란체의 전자파 산란문제를 surface integral equation을 적용하여 정식화하는 절차를 보였다. 산란체에는 평면파가 입사하는 것으로 가정하고, 산란체의 표면에 유기되는 등가 표면 전류 및 자류 밀도를 계산하기 위하여 모멘트법을 이용하여 산란체의 표면을 삼각 요소로 이산화하여 적절한 경계조건하에서 몇 가지 수치계산 모델에 대하여 계산을 수행하고 그 유효성을 검증하였다. 계산된 후방산란단면적의 결과는 측정결과와 잘 일치하였다.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제24권1호
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pp.93-102
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2020
The concept of temperature distribution in inhomogeneous semi-infinite solids is examined by making use of direct integration method. The analysis is done on the solution of the in-plane steady state heat conduction problem under certain boundary conditions. The method of direct integration has been employed, which is then reduced to Volterra integral equation of second kind, produces the explicit form analytical solution. Using resolvent- kernel algorithm, the governing equation is solved to get present solution. The temperature distribution obtained and calculated numerically and the relation with distribution of heat flux generated by internal heat source is shown graphically.
In this paper, the dynamic response of a piezoelectric layer with a penny-shaped crack is investigated. The piezoelectric layer is subjected to an axisymmetrical action of both mechanical and electrical impacts. Two kinds of crack surface conditions, i.e., electrically impermeable and electrically permeable, are adopted. Based upon integral transform technique, the crack boundary value problem is reduced to a system of Fredholm integral equations in the Laplace transform domain. By making use of numerical Laplace inversion the time-dependent dynamic stress and electric displacement intensity factors are obtained, and the dynamic energy release rate is further derived. Numerical results are plotted to show the effects of both the piezoelectric layer thickness and the electrical impact loadings on the dynamic fracture behaviors of the crack tips.
The motion response results of a submerged submarine section in waves are presented. The numerical method is based on Cauchy's integral and 3 degrees-of-freedom motions of submarine sections are calculated in two dimensions, in regular waves. The fully nonlinear free surface and body boundary conditions are applied to the present problem, and the viscous effects on the submarine are modeled by Morison's formulas. The motions of submarine sections in beam sea are directly simulated and the effects of wave frequency, snorkel depth, and bridge are discussed.
In this paper, we examine the dynamic electromechanical behavior of an edge crack in a piezoelectric ceramic layer bonded between two elastic layers under the combined anti-plane mechanical shear and in-plane electric transient loadings. We adopted both the permeable and impermeable crack boundary conditions. Fourier transforms are used to reduce the problem to the solution of two pairs of dual integral equations, which are then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
An efficient one dimensional finite element model has been presented for the dynamic analysis of composite laminated beams, using the efficient layerwise zigzag theory. To meet the convergence requirements for the weak integral formulation, cubic Hermite interpolation is used for the transverse displacement ($w_0$), and linear interpolation is used for the axial displacement ($u_0$) and shear rotation (${\psi}_0$). Each node of an element has four degrees of freedom. The expressions of variationally consistent inertia, stiffness matrices and the load vector are derived in closed form using exact integration. The formulation is validated by comparing the results with the 2D-FE results for composite symmetric and sandwich beams with various end conditions. The employed finite element model is free of shear locking. The present zigzag finite element results for natural frequencies, mode shapes of cantilever and clamped-clamped beams are obtained with a one-dimensional finite element codes developed in MATLAB. These 1D-FE results for cantilever and clamped beams are compared with the 2D-FE results obtained using ABAQUS to show the accuracy of the developed MATLAB code, for zigzag theory for these boundary conditions. This comparison establishes the accuracy of zigzag finite element analysis for dynamic response under given boundary conditions.
A new approach of analyzing the displacements and stress of the surrounding rock for shallow tunnels excavated under non-axisymmetric displacement boundary conditions on a vertical surface is investigated in this study. In the proposed approach, by using a virtual image technique, the shear stress of the vertical ground surface is revised to be zero, and elastic solutions of the surrounding rock are obtained before stress revision. To revise the vertical normal stress and shear stress of horizontal ground surface generated by the combined action of the actual and image sinks, the harmonic functions and corresponding stress function solutions were adopted. Based on the Boussinesq's solutions and integral method, the horizontal normal stress of the vertical ground surface is revised to be zero. Based on the linear superposition principle, the final solution of the displacements and stress were proposed by superimposing the solutions obtained by the virtual image technique and the stress revision on the horizontal and vertical ground surfaces. Furthermore, the ground settlements and lateral displacements of the horizontal and vertical ground surfaces are derived by the proposed approach. The proposed approach was well verified by comparing with the numerical method. The discussion based on the proposed approach in the manuscript shows that smaller horizontal ground settlements will be induced by lower tunnel buried depths and smaller limb distances. The proposed approach for the displacement and stress of the surrounding rocks can provide some practical information about the surrounding rock stability analysis of shallow tunnels excavated under non-axisymmetric displacement boundary conditions on a vertical surface.
The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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