In the present research, an attempt is made to obtain a semi analytical solution for both nonlinear natural frequency and forced vibration of embedded functionally graded double layered nanoplates with all edges simply supported based on nonlocal strain gradient elasticity theory. The interaction of van der Waals forces between adjacent layers is included. For modeling surrounding elastic medium, the nonlinear Winkler-Pasternak foundation model is employed. The governing partial differential equations have been derived based on the Mindlin plate theory utilizing the von Karman strain-displacement relations. Subsequently, using the Galerkin method, the governing equations sets are reduced to nonlinear ordinary differential equations. The semi analytical solution of the nonlinear natural frequencies using the homotopy analysis method and the exact solution of the nonlinear forced vibration through the Harmonic Balance method are then established. The results show that the length scale parameters give nonlinearity of the hardening type in frequency response curve and the increase in material length scale parameter causes to increase in maximum response amplitude, whereas the increase in nonlocal parameter causes to decrease in maximum response amplitude. Increasing the material length scale parameter increases the width of unstable region in the frequency response curve.
Khayat, Majid;Dehghan, Seyed Mehdi;Najafgholipour, Mohammad Amir;Baghlani, Abdolhossein
Steel and Composite Structures
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제28권6호
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pp.735-748
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2018
In this study, the semi-analytical finite strip method is adopted to examine the free vibration of cylindrical shells made up of functionally graded material. The properties of functionally graded shells are assumed to be temperature-dependent and vary continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of ceramic and metal. The material properties of the shells and stiffeners are assumed to be continuously graded in the thickness direction. Theoretical formulations based on the smeared stiffeners technique and the classical shell theory with first-order shear deformation theory which accounts for through thickness shear flexibility are employed. The finite strip method is applied to five different shell theories, namely, Donnell, Reissner, Sanders, Novozhilov, and Teng. The approximate procedure is compared favorably with three-dimensional finite elements. Finally, a detailed numerical study is carried out to bring out the effects of power-law index of the functional graded material, stiffeners, and geometry of the shells on the difference between various shell theories. Finally, the importance of choosing the shell theory in simulating the functionally graded cylindrical shells is addressed.
Optimal design of raft-pile foundations is examined by combining finite element technique and the optimization approach. The piles and soil medium are modeled by three dimensional solid elements while the raft is modelled by shell elements. Drucker-Prager criterion is adopted for the soil medium while the raft and the piles are assumed to be linear elastic. For the optimization process, the approximate semi-analytical method is used for calculating constraint sensitivities and a constraint approximation method which is a combination of the extended Bi-point approximation and Lagrangian polynomial approximation is used for predicting the behaviour of the constraints. The objective function of the problem is the volume of materials of the foundation while the design variables are raft thickness, pile length and pile spacing. The generalized reduced gradient algorithm is chosen for solving the optimization process. It is demonstrated that the method proposed in this study is promising for obtaining optimal design of raft-pile foundations without carrying out a large number of analyses. The results are also compared with those obtained from the previous study in which linear analysis was carried out.
랜덤동요된 조화가진력을 받는 임팩트시스템의 비선형거동을 개발된 반해석적절차에 의해 확률영역에서 분석하였다. 반해석적절차는 path-integral solution을 이용하여 임팩트시스템의 추계론적 미분방정식으로부터 구함으로 얻어진다. 결합확률밀도함수의 전개를 구하고 시스템의 비선형거동 특성인 혼돈거동에 대하여 분석하고 노이즈의 영향을 시간영역과 확률영역에서 알아보았다. 결과로부터 반해석적절차는 결합확률밀도함수를 통하여 임팩트시스템의 거동에 대한 정보를 제공하는 것을 알 수 있었다. 노이즈의 영향은 혼돈거동의 특성을 약화시키며 궁극적으로 사라지게 함을 알 수 있었으며 또한 혼돈거동의 특성이 상대적으로 높은 노이즈아래에서도 남아있는 것을 밝혔다. 결합확률밀도함수는 응답앙상블이 약정상과정임을 확인시켜 주었다.
This study aims to solve for nonlinear cylindrical shell systems with a semi-analytical and numerical approach implementing the P-T method. The procedures and conditions for such a study are presented in practically solving and analyzing the cylindrical shell systems. An analytical model for a nonlinear thick cylindrical shell (TCS) is established on the basis of the stress function and Reddy's higher-order shear deformation theory (HSDT). According to Reddy's HSDT, Hooke's law in three dimensions, and the von-Kármán equation, the stress-strain relations are developed for the thick cylindrical shell systems, and the three coupled nonlinear governing equations are thus established and discretized as per the Galerkin method, for implementing the P-T method. The solution generated with the approach is continuous everywhere in the entire time domain considered. The approach proposed can also be used to numerically solve and analyze the nonlinear shell systems. The procedures and recurrence relations for numerical solutions of shell systems are presented. To demonstrate the application of the approach in numerically solving for nonlinear cylindrical shell systems, a specific nonlinear cylindrical shell system subjected to an external excitation is solved numerically. In numerically solving for the system, the present approach shows higher efficiency, accuracy, and reliability in comparison with that of the Runge-Kutta method. The approach with the P-T method presented is practically sound especially when continuous and high-quality numerical solutions for the shell systems are considered.
This paper presents a semi-analytical solution of simply supported horizontally composite curved I-beam by trigonometric series. The flexibility of the interlayer connectors between layers both in the tangential direction and in the radial direction is taken into account in the proposed formulation. The governing differential equations and the boundary conditions are established by applying the variational approach, which are solved by applying the Fourier series expansion method. The accuracy and efficiency of the proposed formulation are validated by comparing its results with both experimental results reported in the literature and FEM results.
반무한방파제에 의한 파랑변형을 다룬 Penney and Price(1952)의 해석해를 재유도하였다. 기존 연구는 해석해의 유도과정을 간략하게 기술하거나 생략하여 본 논문에서는 해의 유도에 초점을 두었다. Stoker 해는 급수형태로 표시되어 급수 개수에 따른 정밀도를 분석하고 수치계산결과를 제시하였다.
In this paper, it has been tried to propose a new semi analytical approach for solving nonlinear vibration of conservative systems. Hamiltonian approach is presented and applied to high nonlinear vibration systems. Hamiltonian approach leads us to high accurate solution using only one iteration. The method doesn't need any small perturbation and sufficiently accurate to both linear and nonlinear problems in engineering. The results are compared with numerical solution using Runge-Kutta-algorithm. The procedure of numerical solution are presented in detail. Hamiltonian approach could be simply apply to other powerfully non-natural oscillations and it could be found widely feasible in engineering and science.
Magneto-electro-elastic (MEE) materials under thermal environment exhibits pyroelectric and pyromagnetic coefficients resulting in pyroeffects such as pyroelectric and pyromagnetic. The pyroeffects on the behavior of multiphase MEE sensor bonded on top surface of a mild steel cylindrical shell under thermal environment is presented in this paper. The study aims to investigate how samples having different volume fractions of the multiphase MEE sensor behave due to pyroeffects using semi-analytical finite element method. This is studied at an optimal location on a mild steel cylindrical shell, where the maximum electric and magnetic potentials are induced due to these pyroeffects under different boundary conditions. It is assumed that sensor and shell is perfectively bonded to each other. The maximum pyroeffects on electric and magnetic potentials are observed when volume fraction is $v_f$ = 0.2. Additionally, the boundary conditions significantly influence the pyroeffects on electric and magnetic potentials.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제10권2호
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pp.152-159
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2010
We propose a semi-analytical current conduction model for depletion-mode n-type nanowire field-effect transistors (NWFETs) with top-gate structure. The NWFET model is based on an equivalent circuit consisting of two back-to-back Schottky diodes for the metal-semiconductor (MS) contacts and the intrinsic top-gate NWFET. The intrinsic top-gate NWFET model is derived from the current conduction mechanisms due to bulk charges through the center neutral region as well as of accumulation charges through the surface accumulation region, based on the electrostatic method, and thus it includes all current conduction mechanisms of the NWFET operating at various top-gate bias conditions. Our previously developed Schottky diode model is used for the MS contacts. The newly developed model is integrated into ADS, in which the intrinsic part of the NWFET is developed by utilizing the Symbolically Defined Device (SDD) for an equation-based nonlinear model. The results simulated from the newly developed NWFET model reproduce considerably well the reported experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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