Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Nazira;Mohamed, Salwa A.
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.213-226
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2020
In this manuscript, static and dynamic behaviors of geometrically imperfect carbon nanotubes (CNTs) subject to different types of end conditions are investigated. The Doublet Mechanics (DM) theory, which is length scale dependent theory, is used in the analysis. The Euler-Bernoulli kinematic and nonlinear mid-plane stretching effect are considered through analysis. The governing equation of imperfect CNTs is a sixth order nonlinear integro-partial-differential equation. The buckling problem is discretized via the differential-integral-quadrature method (DIQM) and then it is solved using Newton's method. The equation of linear vibration problem is discretized using DIQM and then solved as a linear eigenvalue problem to get natural frequencies and corresponding mode shapes. The DIQM results are compared with analytical ones available in the literature and excellent agreement is obtained. The numerical results are depicted to illustrate the influence of length scale parameter, imperfection amplitude and shear foundation constant on critical buckling load, post-buckling configuration and linear vibration behavior. The current model is effective in designing of NEMS, nano-sensor and nano-actuator manufactured by CNTs.
Exact solution for nonlinear behavior of clamped-clamped functionally graded (FG) buckled beams is presented. The effective material properties are considered to vary along the thickness direction according to exponential-law form. The in-plane inertia and damping are neglected, and hence the governing equations are reduced to a single nonlinear fourth-order partial-integral-differential equation. The von Kármán geometric nonlinearity has been considered in the formulation. Galerkin procedure is used to obtain a second order nonlinear ordinary equation with quadratic and cubic nonlinear terms. Based on the mode of the corresponding linear problem, which readily satisfy the boundary conditions, the frequencies for the nonlinear problem are obtained using the Jacobi elliptic functions. The effects of various parameters such as the Young's modulus ratio, the beam slenderness ratio, the vibration amplitude and the magnitude of axial load on the nonlinear behavior are examined.
ROH, KUM-HWAN;LEE, HUI YOUNG;KIM, YOUNG ROK;KANG, JUNG YOOG
Journal of applied mathematics & informatics
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v.36
no.3_4
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pp.271-283
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2018
In this paper, we introduce various first order (p, q)-difference equations. We investigate solutions to equations which are linear (p, q)-difference equations and nonlinear (p, q)-difference equations. We also find some properties of (p, q)-calculus, exponential functions, and inverse function.
Oh, Seunghoon;Cho, Seok-kyu;Jung, Dongho;Sung, Hong Gun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.32
no.6
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pp.447-457
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2018
In this study, a two-dimensional fully nonlinear transient wave numerical tank was developed using a desingularized indirect boundary integral equation method. The desingularized indirect boundary integral equation method is simpler and faster than the conventional boundary element method because special treatment is not required to compute the boundary integral. Numerical simulations were carried out in the time domain using the fourth order Runge-Kutta method. A mixed Eulerian-Lagrangian approach was adapted to reconstruct the free surface at each time step. A numerical damping zone was used to minimize the reflective wave in the downstream region. The interpolating method of a Gaussian radial basis function-type artificial neural network was used to calculate the gradient of the free surface elevation without element connectivity. The desingularized indirect boundary integral equation using an isolated point source and radial basis function has no need for information about the element connectivity and is a meshless method that is numerically more flexible. In order to validate the accuracy of the numerical wave tank based on the desingularized indirect boundary integral equation method and meshless technique, several numerical simulations were carried out. First, a comparison with numerical results according to the type of desingularized source was carried out and confirmed that continuous line sources can be replaced by simply isolated sources. In addition, a propagation simulation of a $2^{nd}$-order Stokes wave was carried out and compared with an analytical solution. Finally, simulations of propagating waves in shallow water and propagating waves over a submerged bar were also carried and compared with published data.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.83-91
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2004
Nonlinear system responses of an impact system under randomly perturbed harmonic excitations are predicted in the probability domain by adopting the semi-analytical procedure previously developed. The semi-analytical procedure is obtained by solving the Fokker-Planck equation corresponding to the stochastic differential equation of the given impact system by utilizing the path-integral solution. The evolutionary joint probability density functions are generated by using the method, and the characteristics of nonlinear dynamic response behaviors of the system are examined. Noise effects on the responses are also examined. It Is found that the semi-analytical method can provides the accurate information of the responses via the joint probability functions for the impact system. It is found that the noises weaken and eventually terminate the chaos in the responses, but it is also found that the chaotic signatures reside in the presence of the external noise with relatively high intensity. The joint probability density function shows that the ensemble of the system responses are weakly stationary.
We employ the Galerkin method to solve the nonlinear Urysohn integral equation (1.1) x(t) = f(t) + $∫_{D}$ k(t, s, x(s))ds (t $\in$ D), where D is a bounded domain in $R^{d}$ , the function f and k are known and x is the solution to be determined. We assume that D has a locally Lipschitz boundary ([1, p. 67]). We can rewrite (1.1) in operator notation as x = f + Kx. We consider (1.1) as an operator equation on $L_{\infty$}$(D) and assume that K is defined on the closure $\Omega$ of a bounded open set $\Omega$ ⊂ $L_{\infty}$(D). Throughout our analysis we put the following assumptions on (1.1).(omitted)(1.1).(omitted)
Iqbal M. Batiha;Nashat Alamarat;Shameseddin Alshorm;O. Y. Ababneh;Shaher Momani
Nonlinear Functional Analysis and Applications
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v.28
no.2
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pp.449-471
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2023
In this paper, we study a linear system of homogeneous commensurate /incommensurate fractional-order differential equations by developing a new semi-analytical scheme. In particular, by decoupling the system into two fractional-order differential equations, so that the first equation of order (δ + γ), while the second equation depends on the solution for the first equation, we have solved the under consideration system, where 0 < δ, γ ≤ 1. With the help of using the Adomian decomposition method (ADM), we obtain the general solution. The efficiency of this method is verified by solving several numerical examples.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.617-624
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2002
An equation of J-integral for a penny-shaped crack at the end of the fiber embedded in rubber matrix is proposed. The values of J-integral for the specimens with various crack and specimen radius are obtained by FEA(Finite Element Analysis). The dimensional analysis is applied to derive an equation of J-integral as a nonlinear elastic energy release rate. The geometry and deformation calibration function in an equation of J can be expressed in a separated form. The geometry calibration function characterizing the effects of cord and specimen size is expressed in a polynomial form of fourth order. The deformation calibration function characterizes the effect of the overall level of strain. As approaching the infinitesimal strain, the value of the deformation calibration function approaches the results of LEFM(Linear Elastic Fracture Mechanics).
In this paper, by means of the Schauder fixed point theorem and Arzela-Ascoli theorem, the existence and uniqueness of solutions for a class of not instantaneous impulsive problems of nonlinear fractional functional Volterra-Fredholm integro-differential equations are investigated. An example is given to illustrate the main results.
A new Riemannian geometric model for the controlled plant is proposed by imbedding the control vector space in the state space, so as to reduce the dimension of the model. This geometric model is derived by replacing the orthogonal straight coordinate axes on the state space of a linear system with the curvilinear coordinate axes. Therefore the integral manifold of the geometric model becomes homeomorphic to that of fictitious linear system. For the lower dimensional Riemannian geometric model, a nonlinear optimal regulator with a quadratic form performance index which contains the Riemannian metric tensor is designed. Since the integral manifold of the nonlinear regulator is determined to be homeomorphic to that of the linear regulator, it is expected that the basic properties of the linear regulator such as feedback structure, stability and robustness are to be reflected in those of the nonlinear regulator. To apply the above regulator theory to a real nonlinear plant, it is discussed how to distort the curvilinear coordinate axes on which a nonlinear plant behaves as a linear system. Consequently, a partial differential equation with respect to the homeomorphism is derived. Finally, the computational algorithm for the nonlinear optimal regulator is discussed and a numerical example is shown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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