Most ships and offshore structures are equipped with a variety of pipes, which inevitably contain curved portions. While it has been a usual practice to conduct bending stress analyses of these curved pipes using the straight-beam theory, this paper adopts two different types of finite elements, straight-beam elements and two-dimensional shell elements, for finite element analyses of a variety of curved pipes. It then compares the analysis results for two different types of elements to determine correction factors, which can be used to transform the bending displacements and bending stresses obtained by straight-beam elements to those obtainable by two-dimensional shell elements. The paper ends with a practical suggestion on how to efficiently use these correction factors to estimate the combined axial and normal stresses in a curved portion of a pipe.
Many longitudinally-arranged pipes in ships are equipped with loops as a measure to reduce stresses caused by displacement loads conveyed from the hull girder bending and/or thermal loads of carried fluid of non-ambient temperature. But as the loops have some negative effects such as causing extra manufacturing cost and occupying extra space, the number and the dimensions of the loops need to be minimized. In the meanwhile, a design formula for pipe loops has been developed by modeling them as a spring element of which stresses and axial stiffness are calculated based on the beam theory. But as the beam theory turns out to be inappropriate to deal with the complex structural behavior in the curved corner portion of the loop, this paper aims at improving the previously developed design formula by adopting correction factors which can allow for the gap between the results of beam theory and a more accurate analysis. This paper adopts a finite element analysis with two-dimensional shell elements with some validation work for it. The paper ends with a sample application of the proposed formulas showing their accuracy and efficiency.
Djedid, I. Klouche;Benachour, Abdelkader;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Ameur, Mohammed
Steel and Composite Structures
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제17권1호
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pp.21-46
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2014
This paper presents a simple n-order four variable refined theory for the bending and vibration analyses of functionally graded plates. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations of the present theory is reduced, and hence, makes it simple to use. The present theory is variationally consistent, uses the n-order polynomial term to represent the displacement field, 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 Hamilton's principle and the physical neutral surface concept. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with available published ones.
Houari, Tarek;Bessaim, Aicha;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Benguediab, Mohamed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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제26권5호
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pp.557-572
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2018
In this paper, a refined higher-order shear deformation theory including the stretching effect is developed for the analysis of bending analysis of the simply supported functionally graded (FG) sandwich plates resting on elastic foundation. This theory has only five unknowns, which is even less than the other shear and normal deformation theories. The theory presented is variationally consistent, without the shear correction factor. The present one has a new displacement field which introduces undetermined integral variables. Equations of motion are obtained by utilizing the Hamilton's principles and solved via Navier's procedure. The convergence and the validation of the proposed theoretical numerical model are performed to demonstrate the efficacy of the model.
Kolahchi, Reza;Bidgoli, Ali Mohammad Moniri;Heydari, Mohammad Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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제55권5호
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pp.1001-1014
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2015
Bending analysis of functionally graded (FG) nano-plates is investigated in the present work based on a new sinusoidal shear deformation theory. The theory accounts for sinusoidal distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. The material properties of nano-plate are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. The size effects are considered based on Eringen's nonlocal theory. Governing equations are derived using energy method and Hamilton's principle. The closed-form solutions of simply supported nano-plates are obtained and the results are compared with those of first-order shear deformation theory and higher-order shear deformation theory. The effects of different parameters such as nano-plate length and thickness, elastic foundation, orientation of foundation orthtotropy direction and nonlocal parameters are shown in dimensionless displacement of system. It can be found that with increasing nonlocal parameter, the dimensionless displacement of nano-plate increases.
Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Tounsi, A.;Bedia, E.A.
Structural Engineering and Mechanics
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제54권5호
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pp.923-936
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2015
In this paper, a simple n-order refined theory based on neutral surface position is developed for bending and frees vibration analyses of functionally graded beams. The present theory is variationally consistent, uses the n-order polynomial term to represent the displacement field, 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 Hamilton's principle and the physical neutral surface concept. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with available published ones.
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 paper presents a simple n-order four variable refined theory for buckling analysis of functionally graded plates. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations of the present theory is reduced, and hence, makes it simple to use. The present theory is variationally consistent, uses the n-order polynomial term to represent the displacement field, does not require shear correction factor, and eliminates the shear stresses at the top and bottom surfaces. A power law distribution is used to describe the variation of volume fraction of material compositions. Equilibrium and stability equations are derived based on the present n-order refined theory. The non-linear governing equations are solved for plates subjected to simply supported boundary conditions. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. The effects of aspect and thickness ratios, gradient index, on the critical buckling are all discussed.
Sunil S. Yadav;Keshav K. Sangle;Mandar U. Kokane;Sandeep S. Pendhari;Yuwaraj M. Ghugal
Advances in aircraft and spacecraft science
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제10권3호
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pp.281-302
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2023
In this paper, bending analysis of exponentially varying functionally graded (FG) plate is presented using trigonometric shear deformation theory (TSDT) considering both transverse shear and normal deformation effects. The in-plane displacement field consists of sinusoidal functions in thickness direction to include transverse shear strains and transverse displacement include the effect of transverse normal strain using the cosine function in thickness coordinate. The governing equations and boundary conditions of the theory are derived using the virtual work principle. System of governing equations, for simply supported conditions, Navier's solution technique is used to obtain results. Plate material properties vary across thickness direction according to exponential distribution law. In the current theory, transverse shear stresses are distributed accurately through the plate thickness, hence obviates the need for a shear correction factor. TSDT results are compared with those from other theories to ensure the accuracy and effectiveness of the present theory. The current theory is in excellent agreement with the semi-analytical theory.
Zidi, Mohamed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bessaim, Aicha;Mahmoud, S.R.
Structural Engineering and Mechanics
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제64권2호
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pp.145-153
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2017
In this article, a novel simple higher-order shear deformation theory for bending and free vibration analysis of functionally graded (FG) beams is proposed. The beauty of this theory relies on its 2-unknowns displacement field as the Euler-Bernoulli beam theory, which is even less than the Timoshenko beam theory. A shear correction factor is, therefore, not needed. Equations of motion are obtained via Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and free vibration analysis are given for simply supported beams. Efficacy of the proposed model is shown through illustrative examples for bending and dynamic of FG beams. The numerical results obtained are compared with those of other higher-order shear deformation beam theory results. The results obtained are found to be accurate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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