In this article, based on the higher-order shear deformation plate theory, buckling analysis of a rectangular plate made of functionally graded piezoelectric materials and its effective parameters are investigated. Assuming the transverse distribution of electric potential to be a combination of a parabolic and a linear function of thickness coordinate, the equilibrium equations for the buckling analysis of an FGP rectangular plate are established. In addition to the Maxwell equation, all boundary conditions including the conditions on the top and bottom surfaces of the plate for closed and open circuited are satisfied. Considering double sine solution (Navier solution) for displacement field and electric potential, an analytical solution is obtained for full simply supported boundary conditions. The accurate buckling load of FGP plate is presented for both open and closed circuit conditions. It is found that the critical buckling load for open circuit is more than that of closed circuit in all loading conditions. Furthermore, it is observed that the influence of dielectric constants on the critical buckling load is more than those of others.
In this article, a four-variable refined plate theory is presented for buckling analysis of functionally graded plates subjected to uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. Young's modulus and Poisson ratio of the FGM plates are assumed to remain constant throughout the entire plate. However, the coefficient of thermal expansion of the FGM plate varies according to a power law form through the thickness coordinate. Equilibrium and stability equations are derived based on the present theory. The influences of many plate parameters on buckling temperature difference such ratio of thermal expansion, aspect ratio, side-to-thickness ratio and gradient index will be investigated.
In this paper, a refined exponential shear deformation beam theory is developed for bending analysis of functionally graded beams. The theory account for parabolic variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Contrary to the others refined theories elaborated, where the stretching effect is neglected, in the current investigation this so-called "stretching effect" is taken into consideration. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for static are obtained. Numerical examples are presented to verify the accuracy of the present theory.
In this paper, a free vibration analysis of functionally graded beam made of porous material is presented. The material properties are supposed to vary along the thickness direction of the beam according to the rule of mixture, which is modified to approximate the material properties with the porosity phases. For this purpose, a new displacement field based on refined shear deformation theory is implemented. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present refined shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Bedia, E. Adda
Geomechanics and Engineering
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제9권3호
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pp.361-372
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2015
In this paper, a refined exponential shear deformation theory for free vibration analysis of functionally graded beam with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. For this purpose, a new displacement field based on refined shear deformation theory is implemented. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present refined shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
Galerkin's finite element method is applied to a two-dimensional heat convection-diffusion problem arising in the hydrodynamic lubrication of thrust bearings used in naval vessels. A parabolized thermal energy equation for the lubricant, and thermal diffusion equations for both bearing pad and the collar are treated together, with proper juncture conditions on the interface boundaries. it has been known that a numerical instability arises when the classical Galerkin's method, which is equivalent to a centered difference approximation, is applied to a parabolic-type partial differential equation. Probably the simplest remedy for this instability is to use a one-sided finite difference formula for the first derivative term in the finite difference method. However, in the present coupled heat convection-diffusion problem in which the governing equation is parabolized in a subdomain(Lubricant), uniformly stable numerical solutions for a wide range of the Peclet number are obtained in the numerical test based on Galerkin's classical finite element method. In the present numerical convergence errors in several error norms are presented in the first model problem. Additional numerical results for a more realistic bearing lubrication problem are presented for a second numerical model.
This paper deals with the non-linear analysis of cantilever beams with constant volume. Numerical methods are developed for solving the elastica of cantilever ben subjected to a tip Point load and a tip couple. The linear, parabolic and sinusoidal tapers with the regular polygon cross-section are considered, whose material volume and span length are always held constant. The Runge-Kutta and Regula-Falsi methods, respectively, are used to integrate the governing differential equations and to compute the unknown value of the tip deflection. The numerical results obtained herein are shown in tables and figures. Also the shapes of strongest beams are determined by reading the minimum values form the deflection versus section ratio curves.
To analyze two dimensional incompressible laminar natural convection in a rectangular enclosure heated from below and cooled by a horizontal ceiling and two vertical walls, he primitive Navier-Stokes equations and the energy equation were solved numerically in time dependent form by a marker and cell method. A successive over-relaxation method for the elliptic portion of the problem and an explicit method for the parabolic portion were applied for the range of Grashoff number of $5{\times}10^3\;to\;5{\times}10^4$ to get the transient and steady state dimensionless temperature and velocity profiles. For the range of aspect ratio $L/H{\leqq}2.4$ in which only a pair of convection rolls exists mean Nusselt number calculated are as follows : $$N_{NU}0.89\;N_{Gr}^{0.2}(H/L)^{0.45}$$ By path lines drawn by marker particle trajectories roll number of cellular motion were observed for various aspect ratio of the enclosure.
In this paper, buckling analysis of hybrid functionally graded plates using a novel four variable refined plate theory is presented. In this theory the distribution of transverse shear deformation is parabolic across the thickness of the plate by satisfying the surface conditions. Therefore, it is unnecessary to use a shear correction factor. The variations of properties of the plate through the thickness are according to a symmetric sigmoid law (symmetric S-FGM). The principle virtual works is used herein to extract equilibrium equations. The analytical solution is determined using the Navier method for a simply supported rectangular plate subjected to axial forces. The precision of this theory is verified by comparing it with the various solutions available in the literature.
An efficient shear deformation beam theory is developed for thermo-elastic vibration of FGM beams. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The material properties of the FGM beam are assumed to be temperature dependent, and change gradually in the thickness direction. Three cases of temperature distribution in the form of uniformity, linearity, and nonlinearity are considered through the beam thickness. Based on the present refined beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The closed-form solutions of functionally graded beams are obtained using Navier solution. Numerical results are presented to investigate the effects of temperature distributions, material parameters, thermal moments and slenderness ratios on the natural frequencies. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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