Herein, we present the design and development of an efficient finite element analysis model for thermal plate forming in shipbuilding. Double curvature shells in the ship building industries are primarily formed through the thermal forming technique. Thermal forming involves heating of steel plates using heat sources like oxy-acetylene gas torch, laser, and induction heating, etc. The differential expansion and contraction across the plate thickness cause plastic deformation and bending of plates. Thermal forming is a complex forming technique as the plastic deformation and bending depends on many factors such as peak temperature, heating and cooling rate, depth of heated zone and many other secondary factors. In this work, we develop an efficient finite element analysis model for the thermo-mechanical analysis of thermal forming. Different simulations are reported to study the effect of various parameters affecting the process. Temperature dependent properties are used in the analysis and the finite element analysis model is used to identify the critical flame velocity to avoid recrystallization of plate material. A spring connected plate is modeled for structural analysis using spring elements and that helps in identifying the resultant shapes of various thermal forming patterns. Finally, detailed simulation results are reported to establish the efficacy, applicability and efficiency of the designed and developed finite element analysis model.
Kheirikhah, M.M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.1
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pp.15-34
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2012
In the present paper, an improved high-order theory is used for bending analysis of soft-core sandwich plates. Third-order plate assumptions are used for face sheets and quadratic and cubic functions are assumed for transverse and in-plane displacements of the orthotropic soft core. Continuity conditions for transverse shear stresses at the interfaces as well as the conditions of zero transverse shear stresses on the upper and lower surfaces of the plate are satisfied. Also, transverse flexibility and transverse normal strain and stress of the orthotropic core are considered. The equations of motion and boundary conditions are derived by principle of minimum potential energy. Analytical solution for bending analysis of simply supported sandwich plates under various transverse loads are presented using Navier's solution. Comparison of the present results with those of the three-dimensional theory of elasticity and some plate theories in the literature confirms the accuracy of the proposed theory.
In this paper result of an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. The existing analytical solution developed for the isotropic plates is extended so that the orthotropic material properties can be taken into account in the buckling analysis of web plate. For the solution of the problems Rayleigh-Ritz method is employed. Graphical form of results for finding the elastic buckling strength of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. Brief discussion on the design criteria for the shear and bending interaction is also presented.
A four-point bending RC beam strengthened with FRP plate is investigated based on the theory of elasticity. Taking the adhesive layer into account but ignoring some secondary parameters, the analytical solutions of the normal stress and shear stress on concrete-adhesive interface are obtained and discussed. Besides, the pure bending region of the beam is analyzed and the ultimate load of the beam is predicted. The results obtained in the present paper agree very well with both the results of FEM and the experimental findings.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.12-18
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2002
For the analysis of Kirchhoff plate bending problems, a new meshless method is implemented. For the satisfaction of the C¹ continuity condition in which the first derivative is treated as another primary variable, Hermite interpolation is enforced on standard reproducing kernel particle method. In order to impose essential boundary conditions on solving C¹ continuity problems, shape function modifications are adopted. Through numerical tests, the characteristics and accuracy of the HRKPM are investigated and compared with the finite element analysis. By this implementation, it is shown that high accuracy is achieved by using HRKPM fur solving Kirchhoff plate bending problems.
Attia, Amina;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.4
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pp.453-464
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2018
In this paper, an efficient higher-order shear deformation theory is presented to analyze thermomechanical bending of temperature-dependent functionally graded (FG) plates resting on an elastic foundation. Further simplifying supposition are made to the conventional HSDT so that the number of unknowns is reduced, significantly facilitating engineering analysis. These theory account for hyperbolic distributions of the transverse shear strains and satisfy the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. Power law material properties and linear steady-state thermal loads are assumed to be graded along the thickness. Nonlinear thermal conditions are imposed at the upper and lower surface for simply supported FG plates. Equations of motion are derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions for the thermomechanical bending analysis are obtained based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Non-dimensional results are compared for temperature-dependent FG plates and validated with those of other shear deformation theories. Numerical investigation is conducted to show the effect of material composition, plate geometry, and temperature field on the thermomechanical bending characteristics. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the thermomechanical bending responses of temperature-dependent FG plates.
This study presents the static and dynamic actuating performances of a bending piezoelectric actuator with a thin sandwiched PZT plate under a static load. The stored elastic energy within the actuators which occurs during a curing process is obtained through a flexural bending test. An actuating performance is evaluated in terms of an actuating displacement at the simply supported condition. The results reveal that an actuator that consists of a top layer having a high elastic modulus and a low coefficient of thermal expansion exhibits a better performance than the rest of actuators due to the formation of the large stored elastic energy within the actuator system. When actuators are excited at the alternating current voltage, the effect of PZT ceramic softening results in a slight reduction in the resonance frequency of each actuator as the applied electric field increases. It is thus suggested that the static and dynamic actuating characteristics of bending piezoelectric actuators with a thin sandwiched PZT plate should be simultaneously considered in controlling their performances.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.8
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pp.880-888
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2007
This article describes the load capability of bending piezoelectric actuators with a thin sandwiched PZT plate in association with the stored elastic energy induced by an increased dome height after a curing process. The stored elastic energy within the actuators is obtained via a flexural mechanical bending test. The load capability is evaluated indirectly in terms of an actuating displacement with a load of mass at simply supported and fixed-free boundary conditions. Additionally, a free displacement under no load of mass is measured for a comparison with an actuating displacement. The results reveal that an actuator with a top layer having a high elastic modulus and a low coefficient of thermal expansion exhibits a better performance than the rest of actuators in terms of free displacement as well as actuating displacement due to the formation of the large stored elastic energy within the actuator system. When actuators are excited at AC voltage, the actuating displacement is rather higher than the free displacement for the same actuating conditions. In addition, the effect of PZT ceramic softening results in a slight reduction in the resonance frequency of each actuator as the applied electric field increases. It is thus suggested that the static and dynamic actuating characteristics of bending piezoelectric composite actuators with a thin sandwiched PZT plate should be simultaneously considered in controlling the performance.
In this study, the bending and dynamic behaviors of laminated composite plates is examined by using a refined shear deformation theory and developed for a bending analysis of orthotropic laminated composite plates under various boundary conditions. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the plate. By dividing the transverse displacement into the bending and shear parts and making further assumptions, the number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported thick laminated rectangular plates is obtained through the use of Hamilton's principle. Numerical results for the bending and dynamic behaviors of antisymmetric cross-ply laminated plate under various boundary conditions are presented. The validity of the present solution is demonstrated by comparison with solutions available in the literature. Numerical results show that the present theory can archive accuracy comparable to the existing higher order shear deformation theories that contain more number of unknowns.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.4
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pp.142-149
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1996
Pyramid type three roll bending machines are widely used in roll-bending process to produce singly curved plate. In forming singly curved plate, controlling the vertical displacement of the center roller is most important to acquire the shape required and automation system of the process. In this paper roller bending process is modeled as an elastic-plastic phenomenon and analyzed using beam theory and finite element method. In finite element analysis the workpiece is modeled by using beam elements and plane strain elements respectively. Through the analyses vertical center roller displacement is obtained to get constant curvature distribution along arc length. The relationship between center roller displacement and curvature in steady state as well as residual stress and strain along plate thickness direction are calculated through finite element analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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