Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.670-674
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1988
Vibration characteristics of laminated circular cylindrical shells are investigated using a theoretical procedure developed in the previous papers. Numerical results are presented for a family of graphite-epoxy cylindrical shells with layers of angle-ply and cross-ply laminated either symmetrically or antisymmetrical about the shell middle surface. Effects of the different shell boundary conditions and geometries, as well as number and angle of orientation of the lamina, on the natural frequencies are also demonstrated.
An isoparametric six-node triangular element is utilized for geometrically nonlinear analysis of functionally graded (FG) shells. To overcome the shear and membrane locking, the element is improved by using strain interpolation functions. The Total Lagrangian formulation is employed to include the large displacements and rotations. Finding the nonlinear behavior of FG shells via laminated modeling is also the goal. A power function is employed to formulate the variation of elastic modulus through the thickness of shells. The results are presented in two ways, including the general FGM formulation and the laminated modeling. The equilibrium path is obtained by using the Generalized Displacement Control Method. Some popular benchmarks, including hyperbolical shell structures are solved to declare the correctness and accuracy of proposed formulations.
This paper deals with the geometric nonlinear bending analysis of laminated composite stiffened plates subjected to uniform transverse loading. The eight-noded degenerated shell element and three-noded degenerated curved beam element with five degrees of freedom per node are adopted in the present analysis to model the plate and stiffeners respectively. The Green-Lagrange strain displacement relationship is adopted and the total Lagrangian approach is taken in the formulation. The convergence study of the present formulation is carried out first and the results are compared with the results published in the literature. The stiffener element is reformulated taking the torsional rigidity in an efficient manner. The effects of lamination angle, depth of stiffener and number of layers, on the bending response of the composite stiffened plates are considered and the results are discussed.
This paper presents effects of anisotropy and curvature on free vibration characteristics of cross-ply laminated composite cylindrical shallow shells. Shallow shells have been considered for different lamination thickness, radius of curvature and elasticity ratio. First, kinematic relations of strains and deformation have been showed. Then, using Hamilton's principle, governing differential equations have been obtained for a general curved shell. In the next step, stress-strain relation for laminated, cross-ply composite shells has been given. By using some simplifications and assuming Fourier series as a displacement field, differential equations are solved by matrix algebra for shallow shells. The results obtained by this solution have been given tables and graphs. The comparisons made with the literature and finite element program (ANSYS).
Yang, Yong Jun;Pyeon, Seok Beom;Cha, Cheon Seok;Yang, In Young
Journal of the Korean Society of Safety
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v.31
no.6
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pp.6-11
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2016
CFRP composite laminates are widely used as structural materials for airplanes, automobile and aerospace vehicles because of their high strength and stiffness. This study aims to examine an effect of curvature on the penetration fracture characteristic of an orthotropic composite laminated shell. For the purpose, we manufactured orthotropic CFRP shell specimen with different curvatures, and conducted a penetration test using an air-gun. Those specimens were prepared to varied curvature radius(${\infty}$, 200mm, 150mm and 100mm)and were stacked to $[O^{\circ}{_3}/90^{\circ}{_3}]_s$. When the specimen is subjected to transverse impact by a steel sphere(${\Phi}10$), the velocity of steel sphere was measured both before and after impact by determining the time for it to pass two ball-screen sensors located a known distance apart. As the curvature increases, the absorption energy and the critical penetration energy increased linearly because the resistance to the bending moment. Patterns of cracks caused by the penetration of CFRP laminated shells included fiber breakage, lamina fracture, matrix crack interlaminar crack and intralaminar crack.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.6
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pp.929-936
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1986
Free vibration characteristics of laminated orthotropic circular cylindrical shells with clamped free boundary condition are investigated. The solution is obtained through a direct solution procedure with axial mode displacements represented as simple Fourier series expressions. On the basis of the thin shell theories of Sanders, Love, Loo, Morley and Donnell, the 4*$ frequency determinant is derived and is expressed in a unified form. Various numerical examples determining the natural frequencies of circular cylindrical shells with isotropic material and also with layers of orthotropic elastic material arbitraily laminated either symmetrically or anti-symmetrically about the shell middle surface. The results obtained compared very well with some available experimental and numerical results.
This paper studies the dynamic behavior of laminated composite circular cylindrical shells interacting with a fluid. The mathematical formulation of the dynamic problem for an elastic body is developed based on the variational principle of virtual displacements and the relations of linear elasticity theory. The behavior of an ideal compressible fluid is described by the potential theory, the equations of which together with boundary conditions are transformed to a weak form. The hydrodynamic pressure exerted by the fluid on the internal surface of the shell is calculated according to the linearized Bernoulli equation. The numerical implementation of the mathematical formulation has been done using the semi-analytical finite element method. The influence of the ply angle and lay-up configurations of laminated composites on the natural vibration frequencies and the hydroelastic stability boundary have been analyzed for shells with different geometrical dimensions and under different kinematic boundary conditions set at their edges. It has been found that the optimal value of the ply angle depends on the level of filling of the shell with a fluid. The obtained results support the view that by choosing the optimal configuration of the layered composite material it is possible to change upwards or downwards the frequency and mode shape, as well as the critical velocity for stability loss over a wide range.
This paper uses the finite element method (FEM) considering geometrically nonlinear strains to study the first ply failure of laminated composite skewed hypar shell roofs through well-established failure criteria along with the serviceability criterion of deflection. Apart from validating the approach through solution of benchmark problems, skewed hypars with different practical parametric variations are studied for failure loads and tendencies. First ply failure zones are also identified to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to the practising engineers. Recommendation tables regarding the design approaches to be adopted in specific cases and factor of safety values needed to be imposed on first ply failure load values for varying shell curvatures are also suggested in this paper. Providing practical inputs to design engineers is the main achievement of the present study.
In this study, laminated composite umbrella type roofs structures such as stadium, exhibition, auditorium and museum are analyzed. These structures have not been dealt with so far because of the difficulty in modeling. These have been analyzed mostly by a simplified method or a grid analysis in design. In this study, better results can be obtained by using shell element. The behavior of umbrella type shell roof under self weight is analyzed for various parameters such as the influence of diaphragm, diaphragm type, ${\gamma}-angle$ type, height/chord ratio of segment, slope of roofs, number of conical segment and subtended angle.
Meshless local collocation method produces much better conditioned matrices than meshless global collocation methods. In this paper, the meshless local collocation method based on thin plate spline radial basis function and first-order shear deformation theory are used to calculate the natural frequencies and mode shapes of laminated composite shells. Through numerical experiments, the accuracy and efficiency of present method are demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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