An efficient and free of shear locking finite element model is developed and employed to study free vibration of tapered bidirectional functionally graded material (BFGM) beams. The beam material is assumed to be formed from four distinct constituent materials whose volume fraction continuously varies along the longitudinal and thickness directions by power-law functions. The finite element formulation based on the first-order shear deformation theory is derived by using hierarchical functions to interpolate the displacement field. In order to improve efficiency and accuracy of the formulation, the shear strain is constrained to constant and the exact variation of the cross-sectional profile is employed to compute the element stiffness and mass matrices. A comprehensive parametric study is carried out to highlight the influence of the material distribution, the taper and aspect ratios as well as the boundary conditions on the vibration characteristics. Numerical investigation reveals that the proposed model is efficient, and it is capable to evaluate the natural frequencies of BFGM beams by using a small number of the elements. It is also shown that the effect of the taper ratio on the fundamental frequency of the BFGM beams is significantly influenced by the boundary conditions. The present results are of benefit to optimum design of tapered FGM beam structures.
A performance analysis of LEO Satellite Communication Service is being made in a variety of ways. In this paper we examined the variation of interference caused by the distribution of terminals within a cell and the maximum number of users according to the average distance between terminals, which had not been considered in former researches. Also we examined the interference made by sopt beam isolation value of some antennas(tapered-apertured antenna, gaussian antenna) which are used on LEO Satellite Communication Service Assigning this interference to the bandwidth of channels in LEO Satellite Communication Service, and with principal parameters(bandwidth, number of carrier) we made a performance analysis. And comparing tapered-apertured antenna with gaussian antenna we will find out which one is more effective and more suitable for interference.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.832-835
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2005
The free vibration of tapered piles embedded in soil is investigated. The pile model is based on the Bernoulli-Euler beam theory and the soil is idealized as a Winkler model for mathematical simplicity. The governing differential equations for the free vibrations of such members are solved numerically. The square tapered piles with one free and the other hinged end with rotational spring are applied in numerical examples. The lowest two natural frequencies are obtained over a range of non-dimensional system parameters: the rotational spring parameter, the embedded ratio, the foundation parameter, the width ratio of the contact area and the section ratio.
The differential equation governing both the free vibrations and buckling loads of tapered beam-columns of regular polygon cross-section with constant volume were derived and solved numerically. The parabolic and sinusoidl tapers were chosen as the variable depth of cross-section for the tapered beam-column. In numerical examples, the clamped-clamped, hinged-clamped and hinged-hinged end constraints were considered. The variations of frequency parameters and first buckling load parameters with the non-dimensional system parameters are reported in figures, and typical vibrating mode shapes are presented. Also, the configurations of strongest columns were determined.
Kaveh, Ali;Mahdavi, Vahid Reza;Kamalinejad, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.19
no.6
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pp.643-652
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2017
Pitched roof frames are widely used in construction of the industrial buildings, gyms, schools and colleges, fire stations, storages, hangars and many other low rise structures. The weight and shape of the gable frames with tapered members, as a familiar group of the pitched roof frames, are highly dependent on the properties of the member cross-sectional. In this work Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) is utilized for optimal design of three gable frames with tapered members. In order to optimize the frames, the design is performed using the AISC specifications for stress, displacement and stability constraints. The design constraints and weight of the gable frames are computed from the cross-section of members. These optimum weights are obtained using aforementioned optimization algorithms considering the cross-sections of the members and design constraints as optimization variables and constraints, respectively. A comparative study of the PSO and CBO with ECBO is also performed to illustrate the importance of the enhancement of the utilized optimization algorithm.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.9
no.2
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pp.415-421
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2005
The radiating or receiving characteristics of array elements (i.e., antennas) are changed from those of isolated elements due to mutual coupling effects and the array performance becomes different from those originally designed by assuming isolated elements. The effects of mutual coupling on the performance of a rectangular array with triangular grid geometry of dipoles above a ground plane are discussed with respect to element pattern. The concept of element gain function is used to examine the effects of mutual coupling on the array performance in terms of sidelobe level in the uniformly spaced and space-tapered rectangular arrays with triangular grid geometry of dipoles. It was shown that the sidelobe performance improved in the space-tapered array compared to the uniformly spaced array in the presence of mutual coupling effects. Computer simulation results are presented.
Thrust vector control is the method which generates the side force and roll moment by controlling exhausted gas directly in a rocket nozzle. TVC is classified by mechanical and fluid dynamic methods. Mechanical methods can change the flow direction by several objects installed in a rocket nozzle exhaust such as tapered ramp tabs and jet vane. Fluid dynamic methods control the flight direction with the injection of secondary gaseous flows into the rocket nozzle. The tapered ramp tabs of mechanical methods are used in this paper. They installed at the rear in the rocket nozzle could be freely moved along axial and radial direction on the mounting ring to provide the mass flow rate which is injected from the rocket nozzle. TVC of the tapered ramp tabs has the potential to produce both large axial thrust and high lateral force. We have conducted the experimental research and flow analysis of ramp tabs to show the performance and the structural integrity of the TVC. The experiments are carried out with the supersonic cold flow system and the schlieren graph. This paper provides to analyze the location of normal shock wave and distribution of surface pressure on the region enclosed by the tapered ramp tabs.
The paper begins by presenting a unified variational approach to the lateral-torsional buckling (LTB) analysis of doubly symmetric prismatic and tapered thin-walled beams with open cross-sections, which accounts for the influence of the pre-buckling deflections. This approach (i) extends the kinematical assumptions usually adopted for prismatic beams, (ii) consistently uses shell membrane theory in general coordinates and (iii) adopts Trefftz's criterion to perform the bifurcation analysis. The proposed formulation is then applied to investigate the influence of the pre-buckling deflections on the LTB behaviour of prismatic and web-tapered I-section simply supported beams and cantilevers. After establishing an interesting analytical result, valid for prismatic members with shear centre loading, several elastic critical moments/loads are presented, discussed and, when possible, also compared with values reported in the literature. These numerical results, which are obtained by means of the Rayleigh-Ritz method, (i) highlight the qualitative differences existing between the LTB behaviours of simply supported beams and cantilevers and (ii) illustrate how the influence of the pre-buckling deflections on LTB is affected by a number of factors, namely ($ii_1$) the minor-to-major inertia ratio, ($ii_2$) the beam length, ($ii_3$) the location of the load point of application and ($ii_4$) the bending moment diagram shape.
The elastic deflections and Euler buckling loads are investigated for a class of tapered and initially curved cantilevered beams subjected to loading at the tip. The beam's width increases linearly and its depth decreases linearly with the distance from the fixed end to the tip. Unloaded, the beam forms a circular are perpendicular to the axis of bending. The beam's deflection responses, obtained by solving the differential equations in closed form, are presented in terms of four nondimensional system parameters: taper ratio ${\kappa}$, initial shape ratio ${\Delta}_0$, end load ratio f, and load angle ${\theta}$. Laboratory measurements of the Euler buckling loads for scale models of tapered initially straight, corrugated beams compared favorably with those computed from the present analysis. The results are applicable to future designs of the end structures of highway guardrails, which can be designed to give the appropriate balance between the capacity to deflect a nearly head-on vehicle back to its right-of-way and the capacity to buckle sufficiently that penetration of the vehicle may be averted.
Today's architectural design trend based on the recognition of pluralism has led to multiple design directions for all building types including tall buildings. This contemporary design trend has produced many complex-shaped tall buildings, such as twisted, tilted, tapered and freeform towers. Among many different structural systems developed for tall buildings, the diagrid system, with its powerful structural rationale and distinguished aesthetic potential, is one of the most widely used systems for today's tall buildings. This paper studies structural performance of diagrid systems employed for complex-shaped tall buildings. Twisted, tilted, tapered and freeform tall buildings are designed with diagrid structures, and their structural performances are investigated. For the twisted diagrid study, the buildings are twisted up to 3 degrees per floor. In the tilted diagrid study, the angles of tilting range from 0 to 13 degrees. The impact of eccentricity is investigated for gravity as well as lateral loads in tilted towers. In the study of tapered diagrid structures, the angles of tapering range from 0 to 3 degrees. In the study of freeform diagrid structures, lateral stiffness of freeform diagrids is evaluated depending on the degree of fluctuation of free form. The freeform floor plans fluctuate from plus/minus 1.5 meter to plus/minus 4.5 meter boundaries of the original square floor plan. Parametric structural models are generated using appropriate computer programs and the models are exported to structural engineering software for design, analyses and comparative studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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