A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of hyperboloidal shells free at the top edge and clamped at the bottom edge like a hyperboloidal cooling tower by the Ritz method based upon the circular cylindrical coordinate system instead of related 3-D shell coordinates which are normal and tangent to the shell midsurface. The Legendre polynomials are used as admissible displacements. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated. Natural frequencies from the present 3-D analysis are also compared with those of straight beams with circular cross section, complete (not truncated) conical shells, and circular cylindrical shells as special cases of hyperboloidal shells from the classical beam theory, 2-D thin shell theory, and other 3-D methods.
In this present paper, a new two dimensional (2D) and quasi three dimensional (quasi-3D) nonlocal shear deformation theories are formulated for free vibration analysis of size-dependent functionally graded (FG) nanoplates. The developed theories is based on new description of displacement field which includes undetermined integral terms, the issues in using this new proposition are to reduce the number of unknowns and governing equations and exploring the effects of both thickness stretching and size-dependency on free vibration analysis of functionally graded (FG) nanoplates. The nonlocal elasticity theory of Eringen is adopted to study the size effects of FG nanoplates. Governing equations are derived from Hamilton's principle. By using Navier's method, analytical solutions for free vibration analysis are obtained through the results of eigenvalue problem. Several numerical examples are presented and compared with those predicted by other theories, to demonstrate the accuracy and efficiency of developed theories and to investigate the size effects on predicting fundamental frequencies of size-dependent functionally graded (FG) nanoplates.
Belkhodja, Y.;Ouinas, D.;Fekirini, H.;Olay, J.A. Vina;Achour, B.;Touahmia, M.;Boukendakdji, M.
Smart Structures and Systems
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제29권3호
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pp.395-420
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2022
A new hybrid quasi-3D and 2D high-order shear deformation theory is studied in this mathematical formulation, for an investigation of the bending, free vibrations and buckling influences on a functionally graded material plate. The theoretical formulation has been begun by a displacement field of five unknowns, governing the transverse displacement across the thickness of the plate by bending, shearing and stretching. The transverse shear deformation effect has been taken into consideration, satisfying the stress-free boundary conditions, especially on plate free surfaces as parabolic variation through its thickness. Thus, the mechanical properties of the functionally graded plate vary across the plate thickness, following three distributions forms: the power law, exponential form and the Mori-Tanaka scheme. The mechanical properties are used to develop the equations of motion, obtained from the Hamilton principle, and solved by applying the Navier-type solution for simply supported boundary conditions. The results obtained are compared with other solutions of 2D, 3D and quasi-3D plate theories have been found in the literature.
General free vibration characteristics of cantilevered circular cylindrical tanks are analyzed using the integral equations technique with the cubic spline functions. For computations, the partial differential equations for thin shallow shells as given by Flugge's have been employed after the addition of the inertia forces. The application of the method is illustrated with a numerical examples of tanks which are free at the top edge and fixed at the bottom. The results obtained by this method have been compared with the available results and a good agreement was found.
Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie;Pham Van Vinh;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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제16권3호
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pp.313-324
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2024
The main aims of this study are to develop a new nonlocal quasi-3D theory for the free vibration behaviors of the functionally graded sandwich nanobeams. The sandwich beams consist of a ceramic core and two functionally graded material layers resting on elastic foundations. The two layers, linear spring stiffness and shear layer, are used to model the effects of the elastic foundations. The size-effect is considered using nonlocal elasticity theory. The governing equations of the motion of the functionally graded sandwich nanobeams are obtained via Hamilton's principle in combination with nonlocal elasticity theory. Then the Navier's solution technique is used to solve the governing equations of the motion to achieve the nonlocal free vibration behaviors of the nanobeams. A deep parametric study is also provided to demonstrate the effects of some parameters, such as length-to-height ratio, power-law index, nonlocal parameter, and two parameters of the elastic foundation, on the free vibration behaviors of the functionally graded sandwich nanobeams.
This paper presents an analytical solution to study the combined effect of non-local and stretching effect on the vibration of advanced functionally graded (FG) nanoplates. A new quasi-3D plate theory is presented; there are only five unknowns and any shear correction factor is used. A new displacement field with a new shear warping function is proposed. The equilibrium equations of the FG nanoplates are obtained using the Hamilton principle and solved numerically using the Navier technique. The material properties of functionally graded nanoplates are presumed to change according to the power-law distribution of ceramic and metal constituents. The numerical results of this work are compared with those of other published results to indicate the accuracy and convergence of this theory. Hence, a profound parameterstudy is also performed to show the influence of many parameters of the functionally graded nanoplates on the free vibration responses is investigated.
This work presents a practical detailed finite element (FE) approach for the three-dimensional (3D) free-vibration analysis of actual aircraft and spacecraft-type lightweight and thin honeycomb sandwich panels. It consists of calling successively in $MATLAB^{(R)}$, via a developed user-friendly GUI, a detailed 3D meshing tool, a macrocommands language translator and a commercial FE solver($ABAQUS^{(R)}$ or $ANSYS^{(R)}$). In contrary to the common practice of meshing finely the faces and core cells, the proposed meshing tool represents each wall of the actual hexagonal core cells as a single two-dimensional (2D) 4 nodes quadrangularshell element or two 3 nodes triangular ones, while the faces meshes are obtained simply using the nodes at the core-faces interfaces. Moreover, as the same 2D FE interpolation type is used for meshing the core and faces, this leads to an automatic handling of their required FE compatibility relations. This proposed approach is applied to a sample made of very thin glass fiber reinforced polymer woven composite faces and a thin aluminum alloy hexagonal honeycomb core. The unknown or incomplete geometric and materials properties are first collected through direct measurements, reverse engineering techniques and experimental-FE modal analysis-based inverse identification. Then, the free-vibrations of the actual honeycomb sandwich panel are analyzed experimentally under different boundary conditions and numerically using different mesh basic cell shapes. It is found that this approach is accurate for the first few modes used for pre-design purpose.
This paper presents 3D numerical simulations of a Free Standing Hybrid Riser under Vortex Induced Vibration, with prescribed motion on the top to replace the motion of the buoyancy can. The model is calculated using a fully implicit discretization scheme. The flow field around the riser is computed by solving the Navier-Stokes equations numerically. The fluid domain is discretized using the overset grid approach. Grid points in near-wall regions of riser are of high resolution, while far field flow is in relatively coarse grid. Fluid-structure interaction is accomplished by communication between fluid solver and riser motion solver. Simulation is based on previous experimental data. Two cases are studied with different current speeds, where the motion of the buoyancy can is approximated to a 'banana' shape. A fully three-dimensional CFD approach for VIV simulation for a top side moving Riser has been presented. This paper also presents a simulation of a riser connected to a platform under harmonic regular waves.
In this paper, free vibration and static response of magneto-electro-elastic (MEE) beams has been investigated. To this end, a 3D finite element formulation has been derived by minimization the total potential energy and linear constitutive equation. The coupling between elastic, electric and magnetic fields can have a significant influence on the stiffness and in turn on the static behaviour of MEE beam. Further, different Barium Titanate ($BaTiO_3$) and Cobalt Ferric oxide ($CoFe_2O_4$) volume fractions results in indifferent coupled response. Therefore, through the numerical examples the influence of volume fractions and boundary conditions on the natural frequencies of MEE beam is illustrated. The study is extended to evaluate the static response of MEE beam under various forms of mechanical loading. It is seen from the numerical evaluation that the volume fractions, loading and boundary conditions have a significant effect on the structural behaviour of MEE structures. The observations made here may serve as benchmark solutions in the optimum design of MEE structures.
This research investigates the free vibration of porous advanced composite plates resting on Winkler/Pasternak/ Kerr foundations by using a new hyperbolic quasi three dimensional (quasi-3D) shear deformation theory. The present theory, which does not require shear correction factor, accounts for shear deformation and thickness stretching effects by parabolic variation of all displacements across the thickness, and satisfies the stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the plate. In this work, we consider imperfect FG plates with porosities embedded within elastic Winkler, Pasternak or Kerr foundations. Implementing an analytical approach, the obtained governing equations from Hamilton's principle according to FG plates are derived. The closed form solutions are obtained by using Navier technique, and natural frequencies of FG plates are found, for simply supported plates, by solving the results of eigenvalue problems. A comprehensive parametric study is presented to evaluate effects of the geometry of material, mode numbers, porosity volume fraction, Power-law index and stiffness of foundations parameters on free vibration characteristics of FG plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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