A higher order zig-zag shell theory is developed to refine the predictions of the mechanical and thermal behaviors partially coupled. The in-plane displacement fields are constructed by superimposing linear zig-zag field to the smooth globally cubic varying field through the thickness. Smooth parabolic distribution through the thickness is assumed in the out-of-plane displacement in order to consider transverse normal deformation and stress. The layer-dependent degrees of freedom of displacement fields are expressed in terms of reference primary degrees of freedom by applying interface continuity conditions as well as bounding surface conditions of transverse shear stresses. Thus the proposed theory has only seven primary unknowns and they do not depend upon the number of layers. In the description of geometry and deformation of shell surface, all rigorous exact expressions are used. Through the numerical examples of partially coupled analysis, the accuracy and efficiency of the present theory are demonstrated. The present theory is suitable in the predictions of deformation and stresses of thick composite shell under mechanical and thermal loads combined.
Jhung, Myung Jo;Choi, Young Hwan;Jeong, Kyeong Hoon
Structural Engineering and Mechanics
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제16권6호
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pp.655-674
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2003
Investigated in this study are the natural vibration characteristics of the coaxial cylindrical shells coupled with a fluid. Theoretical method is developed to find the natural frequencies of the shell using the finite Fourier series expansion, and their results are compared with those of finite element method to verify the validation of the method developed. The effect of the fluid-filled annulus and the boundary conditions on the modal characteristics of the coaxial shells is investigated using a finite element modeling.
Fluid loading of a vibrating cylindrical shell can change natural frequencies and vibration magnitudes of the shell and a vibrating cylindrical shell can also change acoustic pressure of fluid. The vibroacoustics of fluid-filled cylindrical shells need the coupled solution of Helmholtz equation and governing equation of a cylindrical shell with boundary conditions. This paper proposed the wall impedance of fluid-filled axisymmetric cylindrical shells, focusing on the inner fluid/shell interaction. To propose the impedance, shell displacements used the linear combination of in vacuo shell modes. Acoustic pressure prediction of fluid used Kirchchoff-Helmholtz Integral equation with Green function of the plane mode. For the demonstration of the proposed results, numerical applications on mufflers were conducted.
본 논문에서는 구형의 수중 구조체에 평면 음향파가 입사될 경우에 발생하는 산란파 음압의 크기와 방향성이 3차원적으로 어떻게 분포되는 지 살펴보고 자 한다. 이를 위한 수치해석적 방법으로 결합형 유한요소-경계요소(FE-BE) 기법을 개발하였다. 이 같은 구형 모델의 수치해석적 결과를 기존의 이론적 해답과 비교하여 본 연구에서 개발한 결합형 FE-BE 기법의 타당성을 검증하였다.
This paper describes how the directivity pattern of the back-scattered sound pressure is distributed when a plane acoustic wave is incident on a righid spherical shell underwater. A coupled Finite Element-Boundary Element mehtod is developed as numerical technique. The result of the coupled FE-BE method is agreed with theoretical solution for algorithmic confirmation.
The theoretical method is developed to investigate the vibration characteristics of the combined cylindrical shells with an annular plate joined to the shell at any arbitrary axial position. The structural rotational coupling between shell and plate is simulated using the rotational artificial spring. For the translational coupling, the continuity conditions for the displacements of shell and plate are used. For the uncoupled annular plate, the transverse motion is considered and the in-plane motions are not. And the additional transverse and in-plane motions of the coupled annular plate by shell deformation are considered in analysis. Theoretical formulations are based on Love's thin shell theory. The frequency equation of the combined shell with an annular plate is derived using the Rayleigh-Ritz approach. The effect of inner-to-outer radius ratio, axial position and thickness of annular plate on vibration characteristics of combined cylindrical shells is studied. To demonstrate the validity of present theoretical method, the finite element analysis is performed.
Fluid loading of a vibrating cylindrical shell has influence on natural frequencies and vibration magnitudes of the shell and the acoustic pressure of fluid. The vibroacoustics of fluid-filled cylindrical shells need the coupled solution of Helmholtz equation and governing equation of a cylindrical shell with boundary conditions. This paper proposed the wall impedance of fluid-filled axisymmetric cylindrical shells, focusing on the inner fluid/shell interaction. To propose the impedance, shell displacements used the linear combination of in vacuo shell modes. Acoustic pressure prediction of fluid used Kirchhoff-Helmholtz integral equation with Green's function of the plane mode. For the demonstration of the proposed results, numerical applications on mufflers were conducted.
Plate and shell structure is widely applied in engineering, i.e. building roofs, aircraft wings, ship platforms, and satellite solar arrays. Its vibration problem has become increasingly prominent due to the tendency of lightening, upsizing and flexibility. As a new smart material with great actuating force and toughness, macro-fiber composite (MFC) is composed of piezoelectric fiber and epoxy resin basal body, which can be directly pasted onto the surface of plate and shell and is suitable for vibration control. This paper deduces the actuation equation of MFC coupled plate in different boundary conditions, an equivalent finite element modeling method is proposed which uses MFC actuating force as the applied excitation, and on this basis the active control simulation and experiment of MFC over plate and shell structure vibration are accomplished. The results indicate that MFC is able to implement effective control over plate and shell structure vibration in multi-band range. The comparison between experiment and simulation proves that the actuation equation deduced herein, effective and practicable, can be applied into the simulation calculation of MFC vibration control over plate and shell structure.
Moshkelgosha, Ehsan;Askari, Ehsan;Jeong, Kyeong-Hoon;Shafiee, Ali Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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제61권2호
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pp.231-244
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2017
The aim of this study is to develop a semi-analytical method to investigate fluid-structure coupling of concentric double shells with different lengths and elastic behaviours. Co-axial shells constitute a cylindrical circular container and a baffle submerged inside the stored fluid. The container shell is made of functionally graded materials with mechanical properties changing through its thickness continuously. The baffle made of steel is fixed along its top edge and submerged inside fluid such that its lower edge freely moves. The developed approach is verified using a commercial finite element computer code. Although the model is presented for a specific case in the present work, it can be generalized to investigate coupling of shell-plate structures via fluid. It is shown that the coupling between concentric shells occurs only when they vibrate in a same circumferential mode number, n. It is also revealed that the normalized vibration amplitude of the inner shell is about the same as that of the outer shell, for narrower radial gaps. Moreover, the natural frequencies of the fluid-coupled system gradually decrease and converge to the certain values as the gradient index increases.
Soleimani, Iman;Beni, Yaghoub T.;Dehkordi, Mohsen B.
Structural Engineering and Mechanics
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제65권1호
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pp.33-41
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2018
In this paper, using modified couple stress theory in place of classical continuum theory, and using shell model in place of beam model, vibrational behavior of nanotubes is investigated via the finite element method. Accordingly classical continuum theory is unable to correctly compute stiffness and account for size effects in micro/nanostructures, higher order continuum theories such as modified couple stress theory have taken on great appeal. In the present work the mass-stiffness matrix for cylindrical shell element is developed, and by means of size-dependent finite element formulation is extended to more precisely account for nanotube vibration. In addition to modified couple stress cylindrical shell element, the classical cylindrical shell element can also be defined by setting length scale parameter to zero in the equations. The boundary condition were assumed simply supported at both ends and it is shown that the natural frequency of nano-scale shell using the modified coupled stress theory is larger than that using the classical shell theory and the results of Ansys. The results have indicated using the modified couple stress cylindrical shell element, the rigidity of the nano-shell is greater than that in the classical continuum theory, which results in increase in natural frequencies. Besides, in addition to reducing the number of elements required, the use of this type of element also increases convergence speed and accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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