The existing researches on the dynamics of the fluid-conveying pipes only focus on stability and vibration problems, and there is no literature report on the wave propagation of the fluid-conveying pipes. Therefore, the purpose of this paper is to explore the propagation characteristics of longitudinal and flexural waves in the fluid-conveying pipes. First, it is assumed that the material properties of the fluid-conveying pipes vary based on a power function of the thickness. In addition, it is assumed that the material properties of both the fluid and the pipes are closely depended on temperature. Using the Euler-Bernoulli beam equation and based on the linear theory, the motion equations considering the thermal-mechanical-fluid coupling is derived. Then, the exact expressions of phase velocity and group velocity of longitudinal waves and bending waves in the fluid-conveying pipes are obtained by using the eigenvalue method. In addition, we also studied the free vibration frequency characteristics of the fluid-conveying pipes. In the numerical analysis, we successively studied the influence of temperature, functional gradient index and liquid velocity on the wave propagation and vibration problems. It is found that the temperature and functional gradient exponent decrease the phase and group velocities, on the contrary, the liquid flow velocity increases the phase and group velocities. However, for vibration problems, temperature, functional gradient exponent parameter, and fluid velocity all reduce the natural frequency.
In the current paper, the nonlinear resonance response of functionally graded graphene platelet reinforced (FG-GPLRC) beams by considering different boundary conditions is investigated using the Euler-Bernoulli beam theory. Four different graphene platelets (GPLs) distributions including UD and FG-O, FG-X, and FG-A are considered and the effective material parameters are calculated by Halpin-Tsai model. The nonlinear vibration equations are derived by Euler-Lagrange principle. Then the perturbation method is used to discretize the motion equations, and the loadings and displacement are all expanded, so as to obtain the first to third order perturbation equations, and then the asymptotic solution of the equations can be obtained. Then the nonlinear amplitude-frequency response is obtained with the help of the modified Lindstedt-Poincare method (Chen and Cheung 1996). Finally, the influences of the distribution types of GPLs, total GPLs layers, GPLs weight fraction, elastic foundations and boundary conditions on the resonance problems are comprehensively studied. Results show that the distribution types of GPLs, total GPLs layers, GPLs weight fraction, elastic foundations and boundary conditions have a significant effect on the nonlinear resonance response of FG-GPLRC beams.
In this paper, the problem of interfacial stresses in steel cantilever beams strengthened with bonded composite laminates is analyzed using linear elastic theory. The analysis is based on the deformation compatibility approach, where both the shear and normal stresses are assumed to be invariant across the adhesive layer thickness. The original study in this paper carried out an analytical solution to estimate shear and peel-off stresses, as, interfacial stress analysis concentration under the uniformly distributed load and shear lag deformation. The theoretical prediction is compared with authors solutions from numerous researches. This phenomenon of deformation of the members, which gives probably approach on the study of interface of the reinforced structures, is called "shear lag effect". The resolution in this paper shows that the shear stress and the normal stress are significant and, are concentrated at the end of the composite plate of reinforcement, called "edge effect". A parametric study is carried out to show the effects of the variables of design and the physical properties of materials. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of such structures.
The aim of this work is a numerical comparison (FEM) between lattice pyramidal-core panel and honeycomb core panel for different core thicknesses. By evaluating the mid-span deflection, the shear rigidity and the shear modulus for both core types and different core thicknesses, it is possible to define which core type has got the best mechanical behaviour for each thickness and the evolution of that behaviour as far as the thickness increases. Since a specific base geometry has been used for the lattice pyramidal core, the comparison gives us the opportunity to investigate the unit cell strut angle giving the higher mechanical properties. The presented work considers a detailed FEM modelling of a standard 3-point bending test (ASTM C393/C393M Standard Practice). Detailed FEM modelling addresses to detailed discretization of cores by means of beam elements for lattice core and shell elements for honeycomb core. Facings, instead, have been modelled by using shell elements for both sandwich panels. On lattice core structure, elements of core and facings are directly connected, to better simulate the additive manufacturing process. Otherwise, an MPC-based constraint between facings and core has been used for honeycomb core structure. Both sandwich panels are entirely built of Aluminium alloy. Prior to compare the two models, the FEM sandwich panel model with lattice pyramidal core needs to be validated with 3-point bending test experimental results, in order to ensure a good reliability of the FEM approach and of the comparison. Furthermore, the analytical validation has been performed according to Allen's theory. The FEM analysis is linear static with an increasing midspan load ranging from 50N up to 500N.
The vibrational behavior of nanoelements is critical in determining how a nanostructure behaves. However, combining vibrational analysis with stability analysis allows for a more comprehensive knowledge of a structure's behavior. As a result, the goal of this research is to characterize the behavior of nonlocal nanocyndrical beams with uniform and nonuniform cross sections. The nonuniformity of the beams is determined by three distinct section functions, namely linear, convex, and exponential functions, with the length and mass of the beams being identical. For completely clamped, fully pinned, and cantilever boundary conditions, Eringen's nonlocal theory is combined with the Timoshenko beam model. The extended differential quadrature technique was used to solve the governing equations in this research. In contrast to the other boundary conditions, the findings of this research reveal that the nonlocal impact has the opposite effect on the frequency of the uniform cantilever nanobeam. Furthermore, since the mass of the materials employed in these nanobeams is designed to remain the same, the findings may be utilized to help improve the frequency and buckling stress of a resonator without requiring additional material, which is a cost-effective benefit.
Seo, Kwang-Cheol;Lee, Chang-Woo;Atlar, Mehmt;Lee, Gyoung-Woo;Gim, Ok-Sok
Journal of Navigation and Port Research
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v.37
no.5
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pp.481-486
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2013
In this study, a commercial seakeeping program Seakeeper, integrated into Maxsurf, which is based on the linear strip theory was employed to compare the effect of bulbous bow (with/without) on motion response characteristics in a 18-meter catamaran. The seakeeping analyses were conducted at several Beaufort wind conditions such as scale No. 3 ($\bar{T}=2.98s$, $H_{1/3}$ =0.6m), No. 4 ($\bar{T}=3.85s$, $H_{1/3}$ =1m) and No. 5 ($\bar{T}=5.44$, $H_{1/3}$ =2m) based on ITTC wave spectrum. Pitch motion response spectrum was calculated at Head sea, Head & bow sea and Beam sea as encounter angles. Hull form of a catamaran with bulb showed the maximum 20% decrease of pitch motion response as compared to that of hull form without bulb.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1381-1388
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1993
This paper presents a method for the simultaneous optimal design of structural and control systems. Sensitivities of performance index with respect to structural design variables are analyzed. The structural design variables are optimized to minimize the performance index by use of conjugate gradient method. The method is applied to a half model of an active vehicle suspension system with elastic body moving on a randomly profiled road. The suspension control force of an optimally controlled system in the presence of measurement errors are calculated by use of linear quadratic Gaussian control theory and Kalman filter theory. The performance index contains ride comfort, road holding and working space of suspension. The structural design variables taken are stiffness, daming properties and the position of the suspension system. The random road profile considered as colored noise is shaped from white noise by use of shaping filter. The performance of an optimal simultaneous structure/control system is compared with that of an optimal controlled system.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.3
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pp.64-74
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2002
A special purposed program for ship hull strength analysis considering whipping phenomena is developed. In this program, the non-linear hydrodynamic impact force is considered using the momentum slamming theory and the hull girder is modeled as elastic body on the base of Timoshenko's beam theory. The numerical verifications are conducted in the view points that the effect of slamming impact force, the effect of hydro-elastic formulation, and the effect of various design parameters such as ship speed, wave amplitude, wave length and others. By the application of a real ship design process, the availability of the program is proved. This program has a GUI function for many I/O data process as well as the function to show the 2-D ship motion in the graphic window, and has other available functions for the whipping analysis.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.4
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pp.297-305
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2011
In this study, the aeroelastic analysis of rotorcraft in forward flight has been performed using dynamic inflow model to handle unsteady aerodynamics. The quasi-steady airload model based on the blade element method has been coupled with dynamic inflow model developed by Peters and He. The nonlinear steady response to periodic motion is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim for stability analysis. The aerodynamic and structural characteristics of dynamic inflow model are validated against other numerical analysis results by comparing induced inflow and blade tip deflections(flap, lag). In order to validate aeroelastic stability of dynamic inflow model, lag damping are also compared with those of linear inflow model.
The objective of the present study is to verify the validity of a new truss model for evaluating the contribution by arch action to shear resistance in shear-critical reinforced concrete beams. The new truss model is based on the relationship between shear and bending moment in a beam subjected to combined shear and bending. The compatibility condition of the shear deformation that deviates from Bernoulli bending plane is formulated utilizing the smeared truss idealization with an inclined compression chord. The Modified Compression Filed Theory is employed to calculate the shear deformation of the web, and the relative axial displacements of the compression and the tension chord by the shear flow are also calculated. From this shear compatibility condition in a beam, the shear contribution by the arch action is numerically decoupled. Then the validity of the model is examined by applying the model to some selected test beams in literatures. On the basis of the analytical results, the contribution by the web to shear resistance can be constant and have an excellent linear correlation with the web reinforcement ratio. The present decoupling approach may provide a simple way for the assessment of the role of each parameter or mechanism that affects the ultimate shear behavior of reinforced concrete beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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