• Steel and Composite Structures
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• 제25권3호
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• pp.347-360
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• 2017

The goal of this study is to fill this apparent gap in the area about vibration analysis of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) curved panels by providing 3-D vibration analysis results for functionally graded multiwalled carbon nanotubes (FG-MWCNTs) sandwich structure with power-law distribution of nanotube. The effective material properties of the FG-MWCNT structures are estimated using a modified Halpin-Tsai equation. Modified Halpin-Tsai equation was used to evaluate the Young's modulus of MWCNT/epoxy composite samples by the incorporation of an orientation as well as an exponential shape factor in the equation. The exponential shape factor modifies the Halpin-Tsai equation from expressing a straight line to a nonlinear one in the MWCNTs wt% range considered. Also, the mass density and Poisson's ratio of the MWCNT/phenolic composite are considered based on the rule of mixtures. Parametric studies are carried out to highlight the influence of MWCNT volume fraction in the thickness, different types of CNT distribution, boundary conditions and geometrical parameters on vibrational behavior of FG-MWCNT thick curved panels. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary conditions including Free, Simply supported and Clamped at the curved edges. For an overall comprehension on 3-D vibration analysis of sandwich panel, some mode shape contour plots are reported in this research work.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.25-32
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• 2005

일반적으로 압밀계수는 일차원 압밀이론에 근거한 표준압밀시험을 이용하여 평가된다 하지만 실제 현장에서는 압밀 중 3차원적으로 응력 및 변형이 발생하게 된다. 본 연구에서는 실제 현장에서 발생 가능한 다양한 응력-변형 조건을 고려한 새로운 압밀계수 평가방법을 제안하였다. 제안된 방법에 의한 과잉간극수압 소산양상 예측 결과는 실측치와 매우 잘 일치하였으며, 따라서 본 연구에서 제안된 방법을 이용하는 경우 지반의 압밀 속도를 보다 정확하게 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.15-26
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• 1991

지진이나 바람과 같은 횡방향 하중이 가해졌을 때, 일반적으로 수직한 축에 대해서만 대칭인 단명을 갖는 교량의 주형은 횡방향 휨과 비틀림이 결합된 거동을 하게되어 특히 사장교의 케이블등에는 예상치 못했던 추가응력이 유발될 수 있다. 이러한 거동은 일반적인 뼈대요소로는 해석할 수 없으므로, 본 연구에서는 가상일의 원리와 운동에너지로 부터 임의의 단면형상을 갖는 기하학적 비선형 3차원 뼈대요소의 강도매트릭스와 질량매트릭스를 유도하여 주형을 모델링하고, 케이블요소는 Ernst가 제안한 등가탄성계수를 사용한다. 그리고 해석예를 통하여 이론의 타당성을 검증한 후, 3차원 사장교 모델의 고유진동해석을 수행하여 주형의 휨-비틀림 결합작용을 연구한다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제4권4호
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• pp.449-465
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• 2017

The aim of the present work is to present a computational study of the non-linear aero-elastic behavior of a multi-layered Thermal Protection System (TPS). The severity of atmospheric re-entry conditions is due to the combination of high temperatures, high pressures and high velocities, and thus the aero-elastic behavior of flexible structures can be difficult to assess. In order to validate the specific computational model and the overall strategy for structural and aerodynamics analyses of flexible structures, the simplified TPS sample tested in the 8' High Temperature Tunnel (HTT) at NASA LaRC has been selected as a baseline for the validation of the present work. The von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n^{\prime}s$ three dimensional large deflection theory for the structure and a hybrid Raleigh-Ritz-Galerkin approach, combined with the first order Piston Theory to describe the aerodynamic flow, have been used to derive the equations of motion. The paper shows that a good description of the physical behavior of the fabric is possible with the proposed approach. The model is further applied to investigate structural and aero-elastic influence of the number of the layers and the stitching pattern.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권5호
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• pp.571-586
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• 2021

The present paper studies the influence of the inhomogeneous initial stresses in the bi-layered hollow cylinder and it is assumed that these stresses are caused by the hydrostatic pressures acting on the interior and outer free surfaces of the cylinder. The study is made by utilizing the version of the three-dimensional linearized theory of elastic waves in bodies with initial stresses for which the initial stress-strain state in bodies is determined within the scope of the classical linear theory of elasticity. For the solution to the corresponding eigenvalue problem, the discrete-analytical method is employed. Numerical results are presented and analyzed for concrete selected pairs of materials. According to these results and their analyses, it is established that, unlike homogeneous initial stresses, the influence of the inhomogeneous initial stresses on the torsional wave dispersion has not only quantitative but also qualitative character. For instance, in particular, it is established that as a result of the initial stresses caused by the hydrostatic pressure acting in the interior free surface of the cylinder, the cut-off frequency appears for the fundamental dispersive mode and the values of this frequency increase with the intensity of this pressure.

• Geomechanics and Engineering
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• 제33권3호
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• pp.271-277
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• 2023

This article investigates the effect of viscoelastic foundations on the waves' dispersion in a beam made of ceramic-metal functionally graded material (FGM) with microstructural defects. The beam is considered to be shear deformable, and a simple three-unknown sinusoidal integral higher-order shear deformation beam theory is applied to represent the beam's displacement field. Novel to this study is the investigation of the impact of viscosity damping on imperfect FG beams, utilizing a few-unknowns theory. The stresses and strains are obtained using the two-dimensional elasticity relations of FGM, neglecting the normal strain in the beam's depth direction. The variational operation is employed to define the dispersion relations of the FGM beam. The influences of the material gradation exponent, the beam's thickness, the porosity, and visco-Pasternak foundation parameters are represented. Results showed that phase velocity was inversely proportional to the damping and porosity of the beams. Additionally, the foundation viscous damping had a stronger influence on wave velocity when porosity volume fractions were low.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.407-418
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• 2006

본 논문에서는 일차전단변형이론(FSDT)을 이용한 복합재료 적층평판의 고정밀 해석기법을 소개한다. 전단수정계수가 자동적으로 포함되도록 횡방향 전단 변형에너지를 혼합변분이론(mixed variational theorem)을 이용하여 개선하였다. 혼합변분이론에서는 변분을 횡방향 응력들에 대해서만 취하였다. 가정된 횡방향 전단응력은 효율적인 고차이론(Cho and Parmerter, 1993)으로부터 구하였다 횡방향 수직응력은 3차 다항식으로 가정하였고, 무전단 응력조건과 평판의 윗면과 아랫면에서의 응력을 만족하는 조건을 부과함으로써 얻었다. 한편, 변위들에 대해서는 일차전단변형이론의 변위장을 사용하였다. 이렇게 해서 얻어진 변형 에너지를 본 논문에서는 EFSDTM3D이라고 명명 하였다. 본 논문에서 개발된 EFSDTM3D는 변위와 응력의 계산에서 고전적인 FSDT와 같은 정도의 계산 효율을 가지면서, 동시에 변위와 응력의 두께방향의 정확도를 면내 방향 응력들에 대한 최소오차자승법에 기초하여 응력 회복 과정을 적용함으로써 개선하였다. 계산된 결과는 고전적인 FSDT, 3차원 탄성해, 그리고 참고문헌 중에서 이용 가능한 결과들과 비교하여 검증하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권1호
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• pp.1-28
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• 2015

In this paper, the dynamic response of functionally gradient steel (FGS) composite cylindrical panels in steady-state thermal environments subjected to impulsive loads is investigated for the first time. FGSs composed of graded ferritic and austenitic regions together with bainite and martensite intermediate layers are analyzed. Thermo-mechanical material properties of FGS composites are predicted according to the microhardness profile of FGS composites and approximated with appropriate functions. Based on the three-dimensional theory of thermo-elasticity, the governing equations of motionare derived in spatial and time domains. These equations are solved using the hybrid Fourier series expansion-Galerkin finite element method-Newmark approach for simply supported boundary conditions. The present solution is then applied to the thermo-elastic dynamic analysis of cylindrical panels with three different arrangements of material compositions of FGSs including ${\alpha}{\beta}{\gamma}M{\gamma}$, ${\alpha}{\beta}{\gamma}{\beta}{\alpha}$ and ${\gamma}{\beta}{\alpha}{\beta}{\gamma}$ composites. Benchmark results on the displacement and stress time-histories of FGS cylindrical panels in thermal environments under various pulse loads are presented and discussed in detail. Due to the absence of similar results in the specialized literature, this paper is likely to fill a gap in the state of the art of this problem, and provide pertinent results that are instrumental in the design of FGS structures under time-dependent mechanical loadings.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.251-260
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• 2003

원형단면의 깊은 테이퍼봉과 보의 진동수와 모드형상을 결정하는 3차원 해석방법이 제시되었다. 수학적으로 1차원인 전통적인 봉과 보이론과는 달리, 본 연구에서는 3차원 동탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향(r), 원주방향(θ), 축방향(z)으로의 변위성분인 u/sup r/, u/sub θ/, u/sub z/를 시간에 대해서는 정현적으로, θ에 대해서는 주기적으로, r과 z방향으로는 다수다항식의 형태로 표현하였다. 봉과 보의 위치(변형률)에너지와 운동에너지를 정식화하고, 고유치문제를 해결하기 위해 Ritz법을 사용하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해의 상위경계치의 진동수를 구하였다. 이때 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 봉과 보의 하위 5개의 진동수에 대해서 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 축방향으로 1차 직선적, 2차 및 3차 곡선으로 테이퍼된 9가지 형상의 봉과 보의 수치결과를 3차원 이론을 이용하여 최초로 계산하였다. 또한 선형 테이퍼 보의 예를 통해 3차원 Ritz법과 고전적인 1차원 Euler-Bernoulli 보이론과의 비교가 이루어졌다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.249-257
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• 2011

본 논문에서는 고전적 고차전단변형이론(HSDT)을 이용한 복합재료 적층평판의 응력해석 개선기법을 소개한다. 횡방향 응력들에 대해서만 변분을 취하는 혼합변분이론(Mixed variational theorem)을 통하여 횡방향 전단 변형에너지를 개선하였다. 가정된 횡방향 전단응력은 면내 변위가 5차 다항식을 갖는 고차 지그재그 이론으로부터 구하였으며, 변위들은 고전적 고차전단변형이론의 변위장을 사용하였다. 이 과정을 통하여 얻어진 변형 에너지를 본 논문에서는 EHSDTM라고 명명하였으며, 이 이론을 통해 복합재 적층평판의 변위와 응력을 계산함에 있어서 HSDT와 비슷한 수준의 계산적 효율을 가지면서, 동시에 최소자승오차법에 따른 후처리 과정을 적용함으로써 변위와 응력의 두께방향 분포를 정확하게 예측할 수 있도록 개선하였다. 계산된 결과는 고전적 HSDT, 3차원 탄성해 등의 여러 결과들과 비교하여 검증하였다.