Cracks in beams and shallow arches are modeled by massless rotational springs. First, we introduce a specially designed linear operator that "absorbs" the boundary conditions at the cracks. Then the equations of motion are derived from the first principles using the Extended Hamilton's Principle, accounting for non-conservative forces. The variational formulation of the equations is stated in terms of the subdifferentials of the bending and axial potential energies. The equations are given in their abstract (weak), as well as in classical forms.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.10
s.103
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pp.1177-1185
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2005
This paper investigates the noise radiated by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. At frequencies above the critical frequency, all wavenumber components of turbulence excite propagating cascade modes, and cascade effects are shown to be relatively weak. In this frequency range, acoustic power was shown to be approximately proportional to the number of blades. Based on this finding at high frequencies, an approximate expression is derived for the power spectrum that is valid above the critical frequency and which is in excellent agreement with the exact expression for the broadband power spectrum. The approximate expression shows explicitly that the acoustic Power above the critical frequency is proportional to the blade number, independent of the solidity, and varies with frequency as ${\phi}_{ww}(\omega/W$), where ${\phi}_{ww}$ is the wavenumber spectrum of the turbulence velocity and W is mean-flow speed. The formulation is used to perform a parametric study on the effects on the power spectrum of the blade number stagger angle, gap-chord ratio and Mach number. The theory is also shown to provide a close fit to the measured spectrum of rotor-stator interaction when the mean square turbulence velocity and length-scale are chosen appropriately.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.3
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pp.173-182
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2014
The mixed convolved action principle provides a new rigorous weak variational formalism for a broad range of initial boundary value problems in mathematical physics and mechanics in terms of mixed formulation, convolution, and fractional calculus. In this paper, its potential in the development of numerical methods for transient problems in various dynamical systems when adopting temporally second order approximation is investigated. For this, the classical single-degree-of-freedom linear elastic dynamical systems are primarily considered to investigate computational characteristics of the developed algorithms. For the undamped system, all the developed algorithms are symplectic with respect to the time step. For the damped system, they are shown to be accurate with good convergence characteristics.
In standard finite element algorithms, the local stability conditions are not accounted for in the formulation of the tangent stiffness matrix. As a result, the loss of the local stability is not adequately related to the onset of the global instability. The phenomenon typically arises with material-type localizations, such as shear bands and plastic hinges. This paper addresses the problem in the context of the planar, finite-strain, rate-independent, materially non-linear beam theory, although the proposed technology is in principle not limited to beam structures. A weak formulation of Reissner's finite-strain beam theory is first presented, where the pseudocurvature of the deformed axis is the only unknown function. We further derive the local stability conditions for the large deformation case, and suggest various possible combinations of the interpolation and numerical integration schemes that trigger the simultaneous loss of the local and global instabilities of a statically determined beam. For practical applications, we advice on a procedure that uses a special numerical integration rule, where interpolation nodes and integration points are equal in number, but not in locations, except for the point of the local instability, where the interpolation node and the integration point coalesce. Provided that the point of instability is an end-point of the beam-a condition often met in engineering practice-the procedure simplifies substantially; one of such algorithms uses the combination of the Lagrangian interpolation and Lobatto's integration. The present paper uses the Galerkin finite element discretization, but a conceptually similar technology could be extended to other discretization methods.
Abdelhak Mesbah;Zakaria Belabed;Khaled Amara;Abdelouahed Tounsi;Abdelmoumen A. Bousahla;Fouad Bourada
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.3
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pp.291-309
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2023
This paper addresses the finite element modeling of functionally graded porous (FGP) beams for free vibration and buckling behaviour cases. The formulated finite element is based on simple and efficient higher order shear deformation theory. The key feature of this formulation is that it deals with Euler-Bernoulli beam theory with only three unknowns without requiring any shear correction factor. In fact, the presented two-noded beam element has three degrees of freedom per node, and the discrete model guarantees the interelement continuity by using both C0 and C1 continuities for the displacement field and its first derivative shape functions, respectively. The weak form of the governing equations is obtained from the Hamilton principle of FGP beams to generate the elementary stiffness, geometric, and mass matrices. By deploying the isoparametric coordinate system, the derived elementary matrices are computed using the Gauss quadrature rule. To overcome the shear-locking phenomenon, the reduced integration technique is used for the shear strain energy. Furthermore, the effect of porosity distribution patterns on the free vibration and buckling behaviours of porous functionally graded beams in various parameters is investigated. The obtained results extend and improve those predicted previously by alternative existing theories, in which significant parameters such as material distribution, geometrical configuration, boundary conditions, and porosity distributions are considered and discussed in detailed numerical comparisons. Determining the impacts of these parameters on natural frequencies and critical buckling loads play an essential role in the manufacturing process of such materials and their related mechanical modeling in aerospace, nuclear, civil, and other structures.
For complex flexible structures such as nets, the determination of drag forces and its deformation is a challenging task. The accurate prediction of loads on cages is one of the key steps in designing fish farm facilities. The basic physics with a simple cage, can be addressed by the use of experimental studies. However, to design more complex cage system for various environmental conditions, a reliable numerical simulation tool is essential. In this work, the current load on a cage is calculated using a Morison-force model applied at instantaneous positions of equivalent-net modeling. Variations of solidity ratio ($S_n$) of the net and current speed are considered. An equivalent array of cylinders is built to represent the physical netting. Based on the systematic comparisons between the published experimental data for Raschel nets and the current numerical simulations, carried out using the commercial software OrcaFlex, a new formulation for $C_d$ values, used in the equivalent-net model, is presented. The similar approach can also be applied to other netting materials following the same procedure. In case of high solidity ratio and current speed, the hybrid model defines $C_d$ as a function of Re (Reynolds number) and $S_n$ to better represent the corresponding weak diffraction effects. Otherwise, the conventional $C_d$ values depending only on Re can be used with including shielding effects for downstream elements. This new methodology significantly improves the agreement between numerical and experimental data.
Proceedings of the Korean Society of Computational and Applied Mathematics Conference
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2003.09a
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pp.9-9
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2003
Let $\Omega$ be a bounded, open, and polygonal domain in $R^2$ with re-entrant corners. We consider the following Partial Differential Equations: $$(I-\nabla\nabla\cdot+\nabla^{\bot}\nabla\times)u\;=\;f\;in\;\Omega$$, $$n\cdotu\;0\;0\;on\;{\Gamma}_{N}$$, $${\nabla}{\times}u\;=\;0\;on\;{\Gamma}_{N}$$, $$\tau{\cdot}u\;=\;0\;on\;{\Gamma}_{D}$$, $$\nabla{\cdot}u\;=\;0\;on\;{\Gamma}_{D}$$ where the symbol $\nabla\cdot$ and $\nabla$ stand for the divergence and gradient operators, respectively; $f{\in}L^2(\Omega)^2$ is a given vector function, $\partial\Omega=\Gamma_{D}\cup\Gamma_{N}$ is the partition of the boundary of $\Omega$; nis the outward unit vector normal to the boundary and $\tau$represents the unit vector tangent to the boundary oriented counterclockwise. For simplicity, assume that both $\Gamma_{D}$ and $\Gamma_{N}$ are nonempty. Denote the curl operator in $R^2$ by $$\nabla\times\;=\;(-{\partial}_2,{\partial}_1$$ and its formal adjoint by $${\nabla}^{\bot}\;=\;({-{\partial}_1}^{{\partial}_2}$$ Consider a weak formulation(WF): Find $u\;\in\;V$ such that $$a(u,v):=(u,v)+(\nabla{\cdot}u,\nabla{\cdot}v)+(\nabla{\times}u,\nabla{\times}V)=(f,v),\;A\;v{\in}V$$. (2) We assume there is only one singular corner. There are many methods to deal with the domain singularities. We introduce them shortly and we suggest a new Finite Element Methods by using Singular representation for the solution.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.22
no.3
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pp.212-218
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2005
Most of cosmetics are emulsion products that contain the source of nutrition vegetable oil, mineral oil, natural extract and carbohydrate etc. There are many possibilities to be contaminated by microbials. We investigated the effect of antimicrobial and minimum inhibitory concentration(MIC) with thiamine dilauryl sulfate(TDS), which was prepared to use cosmetic lotion formulation. Staphylococcus aureus(S. aureus) and Escherichia col(E. coli) were used as test organism. MIC value of TDS was determined aganist microorganism for the growth inhibition by concentration of TDS. From the MIC results, antimicrobial effect of TDS was generally more effective to gram positive than gram negative. Antimicrobial effect with pH value against some microorganism appeared in the following order : pH 5 > pH 6 > pH 7. It showed strong antimicrobial activities against S. aureus, and weak antimicrobial activities against E. coli. If it was possible to determine the formulations with TDS, it would be effective to reduce the artificial preservatives.
The numerical simulation of dam break problem suffers from several challenges in terms of accuracy, stability, and versatility of the simulation algorithm since the water flow is generally discontinuous and presents abrupt variations. Thus, to obtain stable and accurate solutions, flow models for this purpose require numerical schemes provided with shock-capturing properties, and with the ability to work with flexible two-dimensional meshes. In this context, SU/PG method(Hughes and Brooks, 1979) is excellent candidate for the solution of the dam break problem. The weak formulation of the equations and the discontinuous polynomial basis lead to an accurate representation of bore waves(shocks). Furthermore, the discretization of the domain in finite elements is extremely effective in modeling complex geometries. In this study, a finite element model based on the SU/PG scheme is developed to solve shallow water equations and the model is applied to dam break problem. It is found that the present model accurately captures the bore wave that propagates downstream while spreading laterally and the depression wave that moves upstream. Furthermore, the propagation and formation of water surface profile compared favorably with those obtained by the previously published results.
The purpose of the paper is to examine the nature of population distribution during the past 25 years; to evaluate effect of population redistribution policies which have been adopted by the government; and to suggest desirable future policy directions. The distinctive features of population distribution during the period of 196O~85 can be summarized as progress of rapid urbanization, decrease of absolute number of rural population and heavy concentration of population in the Seoul metropolitan area which have resulted in population maldistribution among regions. The problem of population concentration in the selected one or two large urban centers was first recognized by the government as early as in 1964. Since then numerous policy measures have been adopted to reduce the population concentration into the Seoul metropolitan area and thus to guide a sound population redistribution among regions. The overall assessment of various policies on population redistribution, however, revealed that the effect of the policy efforts has not been great as they originally anticipated. Various reasons can be cited for the failure of the past policies. Among them the followings were frequently mentioned; lack of integration among policy measures; weak linkage between relocation and accommodation; and non-existence of single authority for overall implementation of the polices. Based on the past experiences the followings are suggested in pursuing future policies. First, the short-term objective or target should be clearly defined. Second, policy measures have to be designed to go with rather than against market forces. Third, indirect incentives or aids are more effective than direct controls or regulations. Fourth, local participation has to be secured in every phase of policy formulation and implementation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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