A computationally efficient finite element model with perfectly matched layers applied to scattering from axially symmetric objects

A frequency-domain finite-element (FE) technique for computing the radiation and scattering from axially symmetric fluid-loaded structures subject to a nonsymmetric forcing field is presented. The Berenger perfectly matched layer (PML), applied directly at the fluid-structure interface, makes it possible to emulate the Sommerfeld radiation condition using FE meshes of minimal size. For those cases where the acoustic field is computed over a band of frequencies, the meshing process is simplified by the use of a wavelength-dependent rescaling of the PML coordinates. Quantitative geometry discretization guidelines are obtained from a priori estimates of small-scale structural wavelengths, which dominate the acoustic field at low to mid frequencies. One particularly useful feature of the PML is that it can be applied across the interface between different fluids. This makes it possible to use the present tool to solve problems where the radiating or scattering objects are located inside a layered fluid medium. The proposed technique is verified by comparison with analytical solutions and with validated numerical models. The solutions presented show close agreement for a set of test problems ranging from scattering to underwater propagation.     

Dielectric properties of thin-film ZrO<Subscript>2</Subscript> up to 50 GHz for RF MEMS switches

The dielectric properties of zirconium dioxide (ZrO₂) ceramic thin films were characterized up to 50 GHz using coplanar waveguides (CPWs) and metal–insulator–metal (MIM) capacitors with top circular electrodes. The ZrO₂ films were deposited using a chemical solution onto high-resistivity Si wafers and metal layers. The real part of the dielectric constant of approximately 22 and 26 was extracted at 50 GHz for CPW and MIM structures, respectively, and the loss tangent was approximately 0.09 at 50 GHz. C–V and I–V measurements were carried out to determine low-frequency and DC dielectric properties. The measurement results indicate that ZrO₂ is a promising material to be used as a dielectric layer for radio-frequency (RF) microelectromechanical systems (MEMS) capacitive switches.     

The behavior of a spherical bubble near a solid wall in a compressible liquid

Summary The behavior of a spherical bubble near a solid wall is analysed by considering the liquid compressibility. The equation of motion of the bubble with first order correction for the effects of liquid compressibility and solid wall is derived. The equation obtained here coincides with the known result in case of L or C . Further experimental study is made on the motion of bubbles produced by a spark discharge in water. The theoretical results are in good agreement with the experiments.

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Das Verhalten einer kugelförmigen Blase in einer kompressiblen Flüssigkeit in der Nähe einer festen Wand

Übersicht Bei Berücksichtigung der Flüssigkeitskompressibilität wird das Verhalten einer kugelförmigen Blase in der Nähe einer festen Wand analysiert. Die Gleichung der Bewegung der Blase wird mit der Korrektur erster Ordnung für den Einfluß der Flüssigkeitskompressibilität und der festen Wand angegeben. Aus der erhaltenen Gleichung wird für L oder C das bekannte Ergebnis hergeleitet. Darüber hinaus wird eine experimentelle Untersuchung der Blasenbewegung durchgeführt. Die Blase wird mit Hilfe von Funkendurchschlägen zwischen Elektroden in Wasser erzeugt. Die theoretischen Ergebnisse stimmen gut mit den Experimenten überein.

     

Dynamic stability of rotating shafts

Summary In the paper, using the direct method, stability of elastic rotating shafts (beams, pipes) working in different conditions is analysed. It is taken into consideration a constant axial force as well as a uniformly distributed load in the case of long shafts. The case of conservative load (e.g. dead weight) as well as nonconservative load acting tangentially to the shaft axis is considered. The case when the force is a wide-band Gaussian stochastic process is also discussed.

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Übersicht Mit der direkten Methode von Ljapunov wird die Stabilität von sich um die Längsachse drehenden elastischen Wellen (Rohre, Balken) unter verschiedenen Arbeitsbedingungen untersucht. Bei Wellen mit vertikaler Achse wird außer einer konstanten Längskraft auch eine gleichmäßig über die Länge der Welle verteilte Belastung berücksichtigt. Es wird dabei sowohl die konservative Belastung (Eigengewicht) als auch die in der Wellenachse gelegene, tangential wirkende, nichtkonservative Belastung und schließlich der Fall einer Längskraft aus einem breitbandigem Gaußschen stochastischen Prozeß betrachtet.

     

Limit analysis of circular and annular plates

Summary The problem of the plastic collapse load of circular and annular plates is dealt with. For simply supported and built-in edge plates, different loading conditions are considered and the annular plates are studied for varying geometries. The solutions obtained according to both Tresca's and Mises' yield conditions are exact in the sense of limit analysis.

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Zur Grenztragfähigkeits-Theorie bei Kreis- und Kreisringplatten

Übersicht Es werden Traglasten von Kreis- bzw. Kreisringplatten ermittelt. Dabei werden gelenkig gelagerte sowie eingespannte Kreisplatten bei verschiedener Belastung und Kreisringplatten bei verschiedener Geometrie betrachtet. Die mit Hilfe der Fließbedingungen nach Tresca bzw. v. Mises erhaltenen Lösungen sind exakt im Sinne der Grenztragfähigkeits-Theorie.

     

An iterative method of evaluation of elastic-plastic deflections of hyperstatic framed structures

Summary The concept of substitutive concentrated elastic-plastic rotations, replacing actual elasticplastic zones is used, together with an iterative method of determination of the bending moment distribution to simplify the evaluation of elastic-plastic deflections of hyperstatic beams and frames.

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Eine iterative Methode der Auswertung von elastisch-plastischen Verschiebungen für statisch unbestimmte Rahmen

Übersicht Die Idee von fiktiven Ersatzrotationen, welche die tatsächlichen elastisch-plastischen Zonen modelliert, wird mit einer iterativen Methode kombiniert, um eine relativ einfache Bestimmung von Biegemomentenfeldern in statisch unbestimmten Balken und Rahmen zu ermöglichen. Die resultierenden Verschiebungen, ergeben sich mit ausreichender Genauigkeit.

     

Wechselnde Bindungen in einem Zweikörpersystem mit trockener Reibung

Übersicht Betrachtet wird ein zwangserregtes Zweikörpersystem mit wechselnden Bindungen infolge trockener Reibung. Stationäre Bewegungen werden als Grenzfall instationärer Einschwingvorgänge berechnet. Abhängig von den Systemparametern ergeben sich drei typische Bewegungsformen. Ihnen entsprechen dauernde Haftzustände, wechselnde Haft-Gleitzustände oder dauernde Gleitzustände an der Berührfläche beider Körper.

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Intermittant constraints in a two-body-system with dry friction

Summary An externally excited two-body-system with intermittant constraints due to dry friction is considered. Stationary motions are calculated as limit cases of instationary transients. Depending on the parameters of the system, three typical modes are of interest. These correspond to permanent sticking, slipstick behaviour, or to permanent slipping in the contact surface of the bodies, respectively.