A first endeavor is made to exploit the differential quadrature method (DQM) as a simple, accurate, and computationally efficient numerical tool for the large deformation analysis of thin laminated composite skew plates, which has very strong singularity at the obtuse vertex. The geometrical nonlinearity is modeled by using Green's strain and von Karman assumption. A recently developed DQ methodology is used to exactly implement the multiple boundary conditions at the edges of skew plates, which is a major draw back of conventional DQM. Using oblique coordinate system and the DQ methodology, a mapping-DQ discretization rule is developed to simultaneously transform and discretize the equilibrium equations and the related boundary conditions. The effects of skew angle, aspect ratio and different types of boundary conditions on the convergence and accuracy of the presented method are studied. Comparing the results with the available results from other numerical or analytical methods, it is shown that accurate results are obtained even when using only small number of grid points. Finally, numerical results for large deflection behavior of antisymmetric cross ply skew plates with different geometrical parameters and boundary conditions are presented.
Chikh, Abdelbaki;Bakora, Ahmed;Heireche, Houari;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, E.A. Adda
Structural Engineering and Mechanics
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제57권4호
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pp.617-639
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2016
In this work, an analytical formulation based on both hyperbolic shear deformation theory and stress function, is presented to study the nonlinear post-buckling response of symmetric functionally graded plates supported by elastic foundations and subjected to in-plane compressive, thermal and thermo-mechanical loads. Elastic properties of material are based on sigmoid power law and varying across the thickness of the plate (S-FGM). In the present formulation, Von Karman nonlinearity and initial geometrical imperfection of plate are also taken into account. By utilizing Galerkin procedure, closed-form expressions of buckling loads and post-buckling equilibrium paths for simply supported plates are obtained. The effects of different parameters such as material and geometrical characteristics, temperature, boundary conditions, foundation stiffness and imperfection on the mechanical and thermal buckling and post-buckling loading capacity of the S-FGM plates are investigated.
In this paper, post-buckling behavior of sandwich plates with functionally graded (FG) face sheets under uniform temperature rise loading is examined based on both sinusoidal shear deformation theory and stress function. It is supposed that the sandwich plate is in contact with an elastic foundation during deformation, which acts in both compression and tension. Thermo-elastic non-homogeneous properties of FG layers change smoothly by the variation of power law within the thickness, and temperature dependency of material constituents is considered in the formulation. In the present development, Von Karman nonlinearity and initial geometrical imperfection of sandwich plate are also taken into account. By employing Galerkin method, analytical solutions of thermal buckling and post-buckling equilibrium paths for simply supported plates are determined. Numerical examples presented in the present study discuss the effects of gradient index, sandwich plate geometry, geometrical imperfection, temperature dependency, and the elastic foundation parameters.
The present article reported the thermal buckling strength of the sandwich shell panel structure and subsequent improvement of the same by embedding shape memory alloy (SMA) fibre via a general higher-order mathematical model in conjunction with finite element method. The geometrical distortion of the panel structure due to the temperature is included using Green-Lagrange strain-displacement relations. In addition, the material nonlinearity of SMA fibre due to the elevated thermal environment also incorporated in the current analysis through the marching technique. The final form of the equilibrium equation is obtained by minimising the total potential energy functional and solved computationally with the help of an original MATLAB code. The convergence and the accuracy of the developed model are demonstrated by solving similar kind of published numerical examples including the necessary input parameter. After the necessary establishment of the newly developed numerical solution, the model is extended further to examine the effect of the different structural parameters (side-to-thickness ratios, curvature ratios, core-to-face thickness ratios, volume fractions of SMA fibre and end conditions) on the buckling strength of the SMA embedded sandwich composite shell panel including the different geometrical configurations.
A comprehensive study was provided to investigate the buckling behavior of the steel plates with and without through-thickness holes subjected to uniaxial compression using ABAQUS. The method was validated by the results reported in the literature. Using the critical stresses, the buckling coefficients ($K_c$) were calculated. The effects of inclusion of material nonlinearity, plate thickness (t), aspect ratio (AR), and initial imperfection on buckling resistance of the plate was studied. Besides, the effects of having the hole in the plate were also studied. The diameter of the hole was normalized by dividing by plate breadth and was given in the form of ${\alpha}$. Results showed that perforating one hole in the center of a plate increases the plate buckling resistance while the having two holes resulted in a decrease in the plate buckling resistance. The effects of hole eccentricity (Ecc) on the buckling resistance of the plate was studied. The position of the hole center was normalized by half of the plate breadth and length in X- and Y-directions, respectively. In this study, four cases of boundary conditions were considered, and the corresponding buckling behavior were studied combined with plate aspect ratio. It was observed that the boundary condition of the case I resulted in the highest buckling resistance. Finally, a comparison was made between the buckling behavior of the uniaxially and biaxially loaded plate. It was revealed that the buckling resistance of a biaxially loaded plate is lower half than half of that of the uniaxially loaded plate.
A general framework for the nonlinear geometric analysis of elastic space trusses is presented. Both total Lagrangian and finite incremental formulations are derived from the three key ingredients of statics, kinematics and constitutive law. Particular features of the general methodology include the preservation of static-kinematic duality through the concept of fictitious forces and deformations, and an exact description for arbitrarily large displacements, albeit small strain, that can be specialized to any order of geometrical nonlinearity. As for the numerical algorithm, we consider specifically the finite incremental case and suggest the use of a conventional, simple and flexible arc-length based method. Numerical examples are presented to illustrate and validate the accuracy of the approach.
The effect of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the thin-walled members subjected to the axial loads, obtained by the finite element stability analysis, are examined. As the initial imperfections, the bucking mode shapes of the members are adopted. The buckling mode shapes of the thin-walled members are obtained by the transfer matrix method. In the finite element stability analysis, isoparametric degenerated shell element is used, and the geometrical and material nonlinearity are considered based on the Green Lagrange strain definition and the Prandtl-Reuss stress-strain relation following the von Mises yield criterion. The U-, box- and I-section members subjected to the axial loads are adopted for numerical examples, and the effects of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the members are examined.
In this paper an efficient approach is introduced for design and analysis of double-layer grids including both geometrical and material nonlinearities, while the results are compared with those considering material nonlinearity. Optimum design procedure based on Enhanced Colliding Bodies Optimization method (ECBO) is applied to optimal design of two commonly used configurations of double-layer grids. Two ranges of spans as small and big sizes with certain bays of equal length in two directions are considered for each type of square grids. ECBO algorithm obtains minimum weight grid through appropriate selection of tube sections available in AISC Load and Resistance Factor Design (LRFD). Strength constraints of AISC-LRFD specifications and displacement constraints are imposed on these grids.
In this paper, the response characteristics of one to one resonance on the rectangular cantilever beam in which basic harmonic excitations are applied by nonlinear coupled differential integral equations are studied. This equations have 3-dimensional non-linearity of nonlinear inertia and nonlinear curvature. Galerkin and multi scale methods are used for theoretical approach to one to one internal resonance. Nonlinear response characteristics of 1st, 2nd, 3rd modes are measured from the experiment for basic harmonic excitation. From the experimental result, geometrical terms of nonlinearity display light spring effect and these terms play an important role in the response characteristics of low frequency modes. Dynamic behaviors in the out of plane are also studied.
Pressure loads caused by gas, water and wind are the most important load cases in structural analysis. Often the pressure loads are approximated by constant directional loads since it is difficult to evaluate the exact value. However, the pressure load is defined as a displacement dependent one and it is necessary to consider the follower effects of the load in analysis procedure. In this study, the large deformation analysis considering geometrical nonlinearity for shell structures under pressure loads is presented. Finite element by using a three-node flat triangular shell element is formulated and the follower effects of the pressure load are included in the formulation. Some of results are presented for cantilevered beam under uniform external pressure and thin circular ring under non-uniform external pressure. The present results are in good agreement with the results available in existing literature and commercial software ABAQUS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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