In the present paper an analytical model was developed to study the non-linear vibrations of Functionally Graded Carbon Nanotube (FG-CNT) reinforced doubly-curved shallow shells using the Multiple Scales Method (MSM). The nonlinear partial differential equations of motion are based on the FGM shallow shell hypothesis, the non-linear geometric Von-Karman relationships, and the Galerkin method to reduce the partial differential equations associated with simply supported boundary conditions. The novelty of the present model is the simultaneous prediction of the natural frequencies and their mode shapes versus different curvatures (cylindrical, spherical, conical, and plate) and the different types of FG-CNTs. In addition to combining the vibration analysis with optimization algorithms based on the genetic algorithm, a design optimization methode was developed to maximize the natural frequencies. By considering the expression of the non-dimensional frequency as an objective optimization function, a genetic algorithm program was developed by valuing the mechanical properties, the geometric properties and the FG-CNT configuration of shallow double curvature shells. The results obtained show that the curvature, the volume fraction and the types of NTC distribution have considerable effects on the variation of the Dimensionless Fundamental Linear Frequency (DFLF). The frequency response of the shallow shells of the FG-CNTRC showed two types of nonlinear hardening and softening which are strongly influenced by the change in the fundamental vibration mode. In GA optimization, the mechanical properties and geometric properties in the transverse direction, the volume fraction, and types of distribution of CNTs have a considerable effect on the fundamental frequencies of shallow double-curvature shells. Where the difference between optimized and not optimized DFLF can reach 13.26%.
In this study, a numerical method deals with the Chebyshev wavelet collocation and Adomian decomposition methods are proposed for solving Korteweg-de Vries equation. Integration of the Chebyshev wavelets operational matrices is derived. This problem is reduced to a system of non-linear algebraic equations by using their operational matrix. Thus, it becomes easier to solve KdV problem. The error estimation for the Chebyshev wavelet collocation method and ADM is investigated. The proposed method's validity and accuracy are demonstrated by numerical results. When the exact and approximate solutions are compared, for non-linear or linear partial differential equations, the Chebyshev wavelet collocation method is shown to be acceptable, efficient and accurate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.2012-2018
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2004
The vibration of a semi-circular pipe conveying fluid is studied when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric nonlinearity, this study adopts the Lagrange strain theory for large deformation and the extensible dynamics based on the Euler-Bernoulli beam theory for slenderness assumption. By using the Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived for the in-plane motions of the pipe, considering the fluid inertia forces as a kind of non-conservative forces. The linear and non-linear terms in the governing equations are compared with those in the previous study, and some significant differences are discussed. To investigate the dynamic characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived from the Galerkin method. The natural frequencies varying with the flow velocity are computed from the two cases, which one is the linear problem and the other is the linearized problem in the neighborhood of the equilibrium position. Finally, the time responses at various flow velocities are directly computed by using the generalized-$\alpha$ method. From these results, we should consider the geometric nonlinearity to analyze dynamics of a semi-circular pipe conveying fluid more precisely.
In this paper, a two-dimensional finite volume unstructured mesh method (FVUM) based on a triangular background interpolation mesh is developed for analysing the evolution of the saltwater intrusion into single and multiple coastal aquifer systems. The model formulation consists of a ground-water flow equation and a salt transport equation. These coupled and non-linear partial differential equations are transformed by FVUM into a system of differential/algebraic equations, which is solved using backward differentiation formulas of order one through five. Simulation results are compared with previously published solutions where good agreement is observed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.252-257
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2004
Free vibration of a semi-circular pipe conveying fluid is analyzed when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric non-linearity, this study adopts the Lagrange strain theory and the extensibility of the pipe. By using the extended Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived, which are coupled to the in-plane and out-of\ulcornerplant: motions. To investigate the vibration characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived from the Galerkin method. The natural frequencies are computed from the linearized equations of motion in the neighborhood of the equilibrium position. From the results. the natural frequencies for the in-plane and out-of-plane motions are vary with the flow velocity. However, no instability occurs the semi-circular pipe with both ends clamped, when taking into account the geometric non-linearity explained by the Lagrange strain theory.
dos Santos Heringer, Juan Diego;de Souza Debossam, Joao Gabriel;de Souza, Grazione;Souto, Helio Pedro Amaral
Coupled systems mechanics
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v.8
no.2
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pp.147-168
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2019
This work aims to simulate three-dimensional heavy oil flow in a reservoir with heater-wells. Mass, momentum and energy balances, as well as correlations for rock and fluid properties, are used to obtain non-linear partial differential equations for the fluid pressure and temperature, and for the rock temperature. Heat transfer is simulated using a two-equation model that is more appropriate when fluid and rock have very different thermal properties, and we also perform comparisons between one- and two-equation models. The governing equations are discretized using the Finite Volume Method. For the numerical solution, we apply a linearization and an operator splitting. As a consequence, three algebraic subsystems of linearized equations are solved using the Conjugate Gradient Method. The results obtained show the suitability of the numerical method and the technical feasibility of heating the reservoir with static equipment.
The vibration of a curved pipe conveying fluid is studied when the pipe is clamped at both ends. To consider the geometric nonlinearity, this study adopts the Lagrange strain theory for large deformation and the extensible dynamics based on the Euler-Bernoulli beam theory for slenderness assumption. By using the extended Hamilton principle, the non-linear partial differential equations are derived for the in-plane motions of the pipe. The linear and non-linear terms in the governing equations are compared with those in the previous study, and some significant differences are discussed. To investigate the vibration characteristics of the system, the discretized equations of motion are derived from the Galerkin method. The natural frequencies varying with the flow velocity are computed from the two cases, which one is the linear problem and the other is the linearized problem in the neighborhood of the equilibrium position. From these results, we should consider the geometric nonlinearity to analyze the dynamics of a curved pipe conveying fluid more precisely.
This paper deals with the modal analysis of rotational shell structures by means of the numerical solution technique known as the Generalized Differential Quadrature (G. D. Q.) method. The treatment is conducted within the Reissner first order shear deformation theory (F. S. D. T.) for linearly elastic isotropic shells. Starting from a non-linear formulation, the compatibility equations via Principle of Virtual Works are obtained, for the general shell structure, given the internal equilibrium equations in terms of stress resultants and couples. These equations are subsequently linearized and specialized for the rotational geometry, expanding all problem variables in a partial Fourier series, with respect to the longitudinal coordinate. The procedure leads to the fundamental system of dynamic equilibrium equations in terms of the reference surface kinematic harmonic components. Finally, a one-dimensional problem, by means of a set of five ordinary differential equations, in which the only spatial coordinate appearing is the one along meridians, is obtained. This can be conveniently solved using an appropriate G. D. Q. method in meridional direction, yielding accurate results with an extremely low computational cost and not using the so-called "delta-point" technique.
Weak form integral equations are developed to investigate the flapwise bending vibration of the rotating beams. Rayleigh and Eringen nonlocal elasticity theories are used to investigate the rotatory inertia and Size-dependency effects on the flapwise bending vibration of the rotating cantilever beams, respectively. Through repetitive integrations, the governing partial differential equations are converted into weak form integral equations. The novelty of the presented approach is the approximation of the mode shape function by a power series which converts the equations into solvable one. Substitution of the power series into weak form integral equations results in a system of linear algebraic equations. The natural frequencies are determined by calculation of the non-trivial solution for resulting system of equations. Accuracy of the proposed method is verified through several numerical examples, in which the influence of the geometry properties, rotatory inertia, rotational speed, taper ratio and size-dependency are investigated on the natural frequencies of the rotating beam. Application of the weak form integral equations has made the solution simpler and shorter in the mathematical process. Presented relations can be used to obtain a close-form solution for quick calculation of the first five natural frequencies of the beams with flapwise vibration and non-local effects. The analysis results are compared with those obtained from other available published references.
By using the variational calculus of fractional order, one derives a Hamilton-Jacobi equation and a Lagrangian variational approach to the optimal control of one-dimensional fractional dynamics with fractional cost function. It is shown that these two methods are equivalent, as a result of the Lagrange's characteristics method (a new approach) for solving non linear fractional partial differential equations. The key of this results is the fractional Taylor's series $f(x+h)=E_{\alpha}(h^{\alpha}D^{\alpha})f(x)$ where $E_{\alpha}(.)$ is the Mittag-Leffler function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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