In the present study, we aim to utilize the numerical solution frequency results of functionally graded beam under thermal and dynamic loadings to train and test an artificial neural network. In this regard, shear deformable functionally-graded beam structure is considered for obtaining the natural frequency in different conditions of boundary and material grading indices. In this regard, both analytical and numerical solutions based on Navier's approach and differential quadrature method are presented to obtain effects of different parameters on the natural frequency of the structure. Further, the numerical results are utilized to train an artificial neural network (ANN) using AdaGrad optimization algorithm. Finally, the results of the ANN and other solution procedure are presented and comprehensive parametric study is presented to observe effects of geometrical, material and boundary conditions of the free oscillation frequency of the functionally graded beam structure.
A numerical investigation was performed to determine the effect of a Gurney flap on a NACA 23012 airfoil. A Navier-Stokes code, RAMPANT, was used to calculate the flow field about airfoil. The fully turbulent results were obtained using the standard $k-{\varepsilon}$ two-equation turbulence model. To provide a check case for our computational method, computations were performed for NACA 4412 airfoil which compared with Wedcock's experimental data. Gurney flap sizes of 0.5, 1.0, 1.5, and 2% of the airfoil chord were studied. The numerical solutions showed the Gurney flap increased both lift and drag. These results suggested that the Gurney flap served to increased the effective camber of the airfoil. But Gurney flap provided a significant increase in lift-to-drag ratio relatively at low angle of attack and for high lift coefficient. Also, it turned out that 0.5% chord size of flap was best one among them.
The three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations have been solved by a node-centered finite volume method with unstructured hybrid grids. The pressure-velocity coupling is handled by the artificial compressibility algorithm and convective fluxes are obtained by Roe's flux difference splitting scheme with linear reconstruction of the solutions. Euler implicit method with Jacobi matrix solver is used for the time-integration. The viscous terms are discretised in a manner to handle any kind of grids such as tetragedra, prisms, pyramids, hexahedra, or mixed-element grid. Inviscid bump flow is solved to check the accuracy of high order convective flux discretisation. And viscous flows around a circular cylinder and a sphere are studied to show the efficiency and accuracy of the solver.
In this paper, a hyperbolic shear deformation theory is presented for bending analysis of functionally graded beams. This theory used in displacement field in terms of thickness co-ordinate to represent the shear deformation effects and does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. The governing equations are derived by employing the virtual work principle and the physical neutral surface concept. A simply supported functionally graded beam subjected to uniformly distributed loads and sinusoidal loads are consider for detail numerical study. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with available published ones.
This work presents a free vibration analysis of functionally graded plates by employing an original high order shear deformation theory (HSDT). This theory use only four unknowns, which is even less than the classical HSDT. The equations of motion for the dynamic analysis are determined via the Hamilton's principle. The original kinematic allows obtaining interesting equations of motion. These equations are solved analytically via Navier procedure. The accuracy of the proposed solution is checked by comparing it with other closed form solutions available in the literature.
A refined higher-order shear deformation theory for bending, vibration and buckling analysis of functionally graded sandwich plates is presented in this paper. It contains only four unknowns, accounts for a hyperbolic distribution of transverse shear stress and satisfies the traction free boundary conditions. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. The Navier-type and finite element solutions are derived for plate with simply-supported and various boundary conditions, respectively. Numerical examples are presented for functionally graded sandwich plates with homogeneous hardcore and softcore to verify the validity of the developed theory. It is observed that the present theory with four unknowns predicts the response accurately and efficiently.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.553-561
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2015
The exponential and power law functionally graded material(FGM) theory is reformulated considering the refined shear and normal deformation theory. This theory has ability to capture the both normal deformation effect and exponential and power law function in terms of the volume fraction of the constituents for material properties through the plate thickness. Navier's method has been used to solve the governing equations for all edges simply supported plates on Pasternak elastic foundation. Numerical solutions of vibration analysis of FGM plates are presented using this theory to illustrate the effects of power law index and 3-D theory of exponential and power law function on natural frequency. The relations between 3-D and 2-D higher-order shear deformation theory are discussed by numerical results. Further, effects of (i) power law index, (ii) side-to-thickness ratio, and (iii) elastic foundation parameter on nondimensional natural frequency are studied. To validate the present solutions, the reference solutions are discussed.
Supersonic viscous flow over a 5 degree half angle cone studied computationally with three-dimensional Navier-Stokes equations. Steady asymmetric solutions of 5-deg half angle cone show that the asymmetric flow separation is caused by convective instability. The angle of attack, Reynolds number, and Mach number affected the side force variation that is caused by asymmetric vortical flow.
In this work, thermomechanical flexural analysis of functionally graded material sandwich plates with P-FGM face sheets and E-FGM and symmetric S-FGM core is performed by employing a nth-order shear deformation theory. A novel type of S-FGM sandwich plates, namely, both P-FGM face sheets and a symmetric S-FGM hard core are considered. By employing only four unknown variables, the governing equations are obtained based on the principle of virtual work and then Navier method is used to solve these equations. Analytical solutions are deduced to compute the stresses and deflections of simply supported S-FGM sandwich plates. The effects of volume fraction variation, geometrical parameters and thermal load on thermomechanical flexural behavior of the symmetric FGM sandwich plates are investigated.
Boukhlif, Zoulikha;Bouremana, Mohammed;Bourada, Fouad;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Bourada, Mohamed;Tounsi, Abdelouahed;Al-Osta, Mohammed A.
Steel and Composite Structures
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v.31
no.5
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pp.503-516
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2019
This work presents a dynamic investigation of functionally graded (FG) plates resting on elastic foundation using a simple quasi-3D higher shear deformation theory (quasi-3D HSDT) in which the stretching effect is considered. The culmination of this theory is that in addition to taking into account the effect of thickness extension (${\varepsilon}_z{\neq}0$), the kinematic is defined with only 4 unknowns, which is even lower than the first order shear deformation theory (FSDT). The elastic foundation is included in the formulation using the Pasternak mathematical model. The governing equations are deduced through the Hamilton's principle. These equations are then solved via closed-type solutions of the Navier type. The fundamental frequencies are predicted by solving the eigenvalue problem. The degree of accuracy of present solutions can be shown by comparing it to the 3D solution and other closed-form solutions available in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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