Celebi, Kerimcan;Yarimpabuc, Durmus;Keles, Ibrahim
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.5
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pp.823-835
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2016
Using the Complementary Functions Method (CFM), a general solution for the one-dimensional steady-state thermal and mechanical stresses in a hollow thick sphere made of functionally graded material (FGM) is presented. The mechanical properties are assumed to obey the exponential variations in the radial direction, and the Poisson's ratio is assumed to be constant, with general thermal and mechanical boundary conditions on the inside and outside surfaces of the sphere. In the present paper, a semi-analytical iterative technique, one of the most efficient unified method, is employed to solve the heat conduction equation and the Navier equation. For different values of inhomogeneity constant, distributions of radial displacement, radial stress, circumferential stress, and effective stress, as a function of radial direction, are obtained. Various material models from the literature are used and corresponding temperature distributions and stress distributions are computed. Verification of the proposed method is done using benchmark solutions available in the literature for some special cases and virtually exact results are obtained.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.3
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pp.626-639
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2015
Ice resistance is defined as the time average of all longitudinal forces due to ice acting on the ship. Estimation of ship's resistance in ice-covered waters is very important to both designers and shipbuilders since it is closely related to propulsion of a ship and it determines the engine power of the ship. Good ice performance requires ice resistance should be as low as possible to allow different manoeuvres. In this paper, different numerical methods are presented to calculate ice resistance, including semi-analytical method and empirical methods. A model test of an icebreaking vessel that was done in an ice basin has been introduced for going straight ahead in level ice at low speed. Then the comparison between model test results and numerical results are made. Some discussions and suggestions are presented as well to provide an insight into icebreaking vessel design at early stage.
Two unknown values among three electrochemical values, i.e. electrode area, diffusion coefficient, and concentration, are simultaneously obtained by nonlinear regression analysis of a single chronoamperometric faradaic current curve at a microdisk electrode. The approach is an analytical application of the semi-empirical equation presented by Shoup and Szabo for the chronoamperometric response at a disk electrode. To demonstrate the usefulness and accuracy of this approach, the chronoamperometric current at a platinum disk electrode of 50 ${\mu}m$ radius in solutions of $Ru(NH_3)_6^{3+},\;ferrocene,\;Fe(CN)_6^{3-},\;and\;C_{60}$, were analyzed.
Numerical solutions for the linear buckling behavior of thin-walled circular hollow section members (CHS) with and without longitudinal stiffeners are presented using the semi-analytical finite strip method (SAFSM) which is developed based on Marguerre's shallow shell theory and Kirchhoff's assumption. The formulation of 3-nodal line finite strip is presented. The CHS members subjected to uniform axial compression, uniform bending, and combination of compression and bending. The buckling behavior of CHS is investigated through buckling curves which relate buckling stresses to lengths of the member. Effects of longitudinal stiffeners are studied with the change of its dimensions, position, and number.
This paper summarizes some research findings that show how the differential transform method (DTM) is used to resolve the Holling-Tanner model. To confirm the application, effectiveness, and correctness of the approach, a comparison between the differential transform method (DTM) and the Adomian decomposition method (ADM) is carried out, and an accurate solution representation in truncated series is discovered. The approximate solution obtain using both techniques and comparison demonstrates same outcome which remains a preferred numerical method for resolving a system of nonlinear differential equations.
Most of the early studies on plates vibration are focused on two-dimensional theories, these theories reduce the dimensions of problems from three to two by introducing some assumptions in mathematical modeling leading to simpler expressions and derivation of solutions. However, these simplifications inherently bring errors and therefore may lead to unreliable results for relatively thick plates. The main objective of this research paper is to present 3-D elasticity solution for free vibration analysis of continuously graded carbon nanotube-reinforced (CGCNTR) rectangular plates resting on two-parameter elastic foundations. The volume fractions of oriented, straight single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. In this study, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented, straight carbon nanotubes (CNTs). The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The formulations are based on the three-dimensional elasticity theory. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method (DQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. The fast rate of convergence of the method is demonstrated and comparison studies are carried out to establish its very high accuracy and versatility. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made between the present results and results reported by well-known references for special cases treated before, have confirmed accuracy and efficiency of the present approach. The novelty of the present work is to exploit Eshelby-Mori-Tanaka approach in order to reveal the impacts of the volume fractions of oriented CNTs, different CNTs distributions, various coefficients of foundation and different combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions on the vibrational characteristics of CGCNTR rectangular plates. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.33
no.6
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pp.275-286
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2021
In this study, the analytical solution for diffraction near a vertical detached breakwater was suggested by superposing the solutions of diffraction near a semi-infinite breakwater suggested previously using linear wave theory. The solutions of wave forces acting on front, lee and composed wave forces on both side were also derived. Relative wave amplitude changed periodically in space owing to the interactions between diffracting waves and standing waves on front side and the interactions between diffracting waves from both tips of a detached breakwater on lee side. The wave forces on a vertical detached breakwater were investigated with monochromatic, uni-directional random and multi-directional random waves. The maximum composed wave force considering the forces on front and lee side reached maximum 1.6 times of wave forces which doesn't consider diffraction. This value is larger than the maximum composed wave force of semi-infinite breakwater considering diffraction, 1.34 times, which was suggested by Jung et al. (2021). The maximum composed wave forces were calculated in the order of monochromatic, uni-directional random and multi-directional random waves in terms of intensity. It was also found that the maximum wave force of obliquely incident waves was sometimes larger than that of normally incident waves. It can be known that the considerations of diffraction, the composed wave force on both front and lee side and incident wave angle are important from this study.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.7
no.2
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pp.477-487
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2000
When volume data is visualized by the ray casting method, the color value of each pixel in the image is obtained by composing the color contributions of the sample points that lie on the ray cast from the pixel point. In most ray tracing methods including Levoy's classical method, the color composition is formulated as a summation of the color contributions of the discrete sample points. However, the more precise color composition is formulated as differential equations over the color contributions of the continuous sample points. The discrete formulation is used, because analytical solutions to the continuous formulations are hard to find. In this paper, however, we have discovered a semi-analytical solution to the continuous formulation of a typical ray tracing of volume data. We have applied both Levoy's method and ours to the same set of data, and compared the visual quality of both results. The comparison shows that our method produces a more fine-grained visualization of volume data.
Matrix diffusion from planar fractures was studied mathematically and through physical model experiments. Mathematical models were developed to simulate diffusion from 2D and 3D instantaneous disk sources and a 3D continuous disk source. The models were based on analytical solutions previously developed by Carslaw and Jaeger (1959). The mathematical simulations indicated that the 2D scenario produces significantly different results from the 3D scenario, the time for mass disappearance is significantly larger for continuous sources than for instantaneous sources, the normalized concentration generally decreased over time for instantaneous sources while it increased over time for continuous sources, diffusion rates decrease significantly over time and space, and the normalized mass loss from the source zone never reaches 1 for continuous sources due to the semi-infinite integral. The simulations also showed that disappearance times increase exponentially with increasing source radii and matrix porosity, and decrease with increasing aqueous-phase NAPL solubilities.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.8
no.4
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pp.287-296
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1996
A mathematical model for the dynamic analysis of the riser system is developed to investigate the effect of internal flow on the free vibration of marine riser system which includes a steady flow inside the pipe. A semi-analytical method using series expansion is employed to derive Eigenvalue problem to facilitate the evaluation of the system frequencies, and its validity is given through the comparison of the solutions with the conventional method using system matrices. The algorithm is implemented to develop computer programs for the estimation of the system frequency. The investigations of the effect of internal flow on system frequency are performed according to the change of parameters such as top tension, internal flow velocity, and so on. It is found that the effect of internal flow can be controlled by the increase of top tension. However, careful consideration has to be given in the design point, particularly for the long riser.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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