Sandwich plates are widely used in lightweight design due to their high strength and stiffness to weight ratio. Due to the heterogeneous structure of sandwich plates, they can exhibit local instabilities (wrinkling), which lead to a sudden loss of stiffness in the structure. This paper presents an analytical solution to the wrinkling problem of sandwich plates. The solution is based on the Rayleigh-Ritz method, by assuming an appropriate deformation field. In contrast to the other approaches up to now, this model takes arbitrary and different orthotropic face layers, finite core thickness and orthotropic core material into account. This approach is the first to cover the wrinkling of unsymmetric sandwiches and sandwiches composed of orthotropic FRP face layers, which are most common in advanced lightweight design. Despite the generality of the solution, the computational effort is kept within bounds. The results have been verified using other analytical solutions and unit cell 3D FE calculations.
A semi analytical method is employed to analyze free vibration characteristics of uniform and stepped functionally graded circular cylindrical shells under complex boundary conditions. The analytical model is established based on multi-segment partitioning strategy and first-order shear deformation theory. The displacement functions are handled by unified Jacobi polynomials and Fourier series. In order to obtain continuous conditions and satisfy complex boundary conditions, the penalty method about spring technique is adopted. The solutions about free vibration behavior of functionally graded circular cylindrical shells were obtained by approach of Rayleigh-Ritz. To confirm the dependability and validity of present approach, numerical verifications and convergence studies are conducted on functionally graded cylindrical shells under various influencing factors such as boundaries, spring parameters et al. The present method apparently has rapid convergence ability and excellent stability, and the results of the paper are closely agreed with those obtained by FEM and published literatures.
Practicing a hole or an orifice through a plate or a slab constitutes a very frequent engineering situation due to operational reasons imposed on the structural system. From a designer's viewpoint it is important to know the effect of this modification of the mechanical system upon its elastodynamic characteristics. The present study deals with the determination of the lower natural frequencies of the structural element described in the title of the paper using a variational approach and expressing the displacement amplitude of the plate in terms of the double Fourier series which constitutes the classical, exact solution when the structure is simply supported at its four edges.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.63-69
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2013
In order to find the optimum design of structures that have characteristic natural frequency range, a numerical optimization method to solving eigenvalue problems is a widely used approach. However in the most cases, it is difficult to decide the accurate thickness and shape of structures that have allowable natural frequency in design constraints. Parallel analysis algorithm involving the feasible direction optimization method and Rayleigh-Ritz eigenvalue solving method is developed. The method is implemented by using finite element method. It calculates the optimal thickness and the thickness ratio of individual elements of the 2-D plane element through a parallel algorithm method which satisfy the design constraint of natural frequency. As a result this method of optimization for natural frequency by using finite element method can determine the optimal size or its ratio of geometrically complicated shape and large scale structure.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.1
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pp.29-37
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2012
This paper is concerned with the natural vibration characteristics of a rectangular plate with a rectangular hole in contact with the water. The addressed problem was solved by using the Rayleigh-Ritz method combined with the Green function method. This study presents the numerical approach, numerical results and experimental results. In addition, the validity of the approximate formula which mainly depends on the so-called non-dimensionalized added virtual mass incremental factor and the natural mode shape change due to the presence of the water were investigated. Experiments were also carried out to validate theoretical results. The theoretical results are in good agreement with the experimental results. It was found that the effect of a square hole on the natural frequencies of the square plate in contact with water is different from the effect of a square hole on the natural frequencies of the square plate in air and the approximate formula can predict lower natural frequencies in water with a good accuracy.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.303-308
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2002
A governing differential equation (GDE) of PSC flexural member with constant eccentricity considering the long-term losses including concrete creep, shrinkage, and PS steel relaxation is derived based on the two approaches. The first approach utilizes the force and moment equilibrium equations derived based on the geometry of strains of the uniform and curvature strains while the second one utilizes the principle of minimum total potential energy formulation. The identity of the two GDE's is verified by comparing the coefficients consisting of the GDE's. The boundary conditions resulting from the functional analysis of the variational calculus are investigated. Rayleigh-Ritz method provides a way to get the explicit form of the continuous deflection function in which the total potential energy is minimized with respect to the unknown coefficients consisting of the trial functions. As a closure, the analytically calculated results are compared with the experiments and show good agreements.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.3
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pp.261-267
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2014
The free vibration characteristics of cylindrical shells on inclined partial elastic foundations are investigated by an analytical method. The cylindrical shell is partially surrounded by the elastic foundations, these are represented by the Winkler or Pasternak model. The area of elastic foundation is not uniform and varies along the axial direction of the shell. The motion of shell is represented by first-order shear deformation theory(FSDT) to account for rotary inertia and transverse shear strains. The governing equation is obtained using the Rayleigh-Ritz method and a variation approach. To validate the present method, the numerical example is presented and compared with the present FEA results. The numerical results reveal that the elastic foundation has significant effect on vibration characteristics.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.10
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pp.905-915
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2011
The free flexural vibration of a hanged clamped-free cylindrical shell partially submerged in water with gap from bottom is investigated. The fluid is assumed to be inviscid and irrotational. The cylindrical shell is modeled by using the Rayleigh-Ritz method based on the Sanders shell theory. The kinetic energy of the fluid is derived by solving the boundary-value problem related to the fluid motion. The natural vibration characteristics of the partially submerged cylindrical shell are discussed with respect to the added virtual mass approach. In this study, experiments were carried out to confirm theoretical results. It was found that theoretical prediction is in good agreement with experimental results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.229-230
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2012
The free flexural vibration of a cantilever plate partially submerged in a fluid is investigated. The fluid is assumed to be inviscid and irrotational. The virtual mass matrix is derived by solving the boundary-value problem related to the fluid motion using elliptical coordinates. The introduction of the elliptical coordinates naturally leads to the use of the Mathieu function. Hence, the virtual mass matrix which reflects the effect of the fluid on the natural vibration characteristics is expressed in analytical form in terms of the Mathieu functions. The virtual mass matrix is then combined with the dynamic model of a thin rectangular plate obtained by using the Rayleigh-Ritz method. This combination is used to analyze the natural vibration characteristics of a partially submerged cantilever plate qualitatively. Also, the non-dimensionalized added virtual mass incremental factors for a partially submerged cantilever plate are presented to facilitate the easy estimation of natural frequencies of a partially submerged cantilever plate. The numerical results validate the proposed approach.
The corrugated panels are the prime candidate structure for the floor, roof and wall of Korean high speed train. The equivalent continuum modeling approach panels can be used for the efficient design and evaluation of their structural characteristics. The equivalent continuum models, derived from the true complex corrugated panels, should have the same structural behavior as the original structures have. This paper briefly reviews three representative continuum modeling methods: the static analysis method and two plate-models based on modal analysis methods (MAM). These methods are evaluated through some numerical examples by comparing the natural frequencies and static deflections. It is observed that the plate-model based on Rayleigh-Ritz method seems to provide the best results when used in conjunction with the cantilever-type boundary conditions. The equivalent elastic constants of various corrugated panels, depending on the changes in their configurations, are tabulated for efficient use in structural design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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