Ghannadpour, S.A.M.;Shakeri, M.;Barvaj, A. Kurkaani
Steel and Composite Structures
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제29권6호
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pp.785-802
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2018
In this paper, two different computational methods, called Rayleigh-Ritz and collocation are developed to estimate the ultimate strength of composite plates. Progressive damage behavior of moderately thick composite laminated plates is studied under in-plane compressive load and uniform lateral pressure. The formulations of both methods are based on the concept of the principle of minimum potential energy. First order shear deformation theory and the assumption of large deflections are used to develop the equilibrium equations of laminated plates. Therefore, Newton-Raphson technique will be used to solve the obtained system of nonlinear algebraic equations. In Rayleigh-Ritz method, two degradation models called complete and region degradation models are used to estimate the degradation zone around the failure location. In the second method, a new energy based collocation technique is introduced in which the domain of the plate is discretized into the Legendre-Gauss-Lobatto points. In this new method, in addition to the two previous models, the new model named node degradation model will also be used in which the material properties of the area just around the failed node are reduced. To predict the failure location, Hashin failure criteria have been used and the corresponding material properties of the failed zone are reduced instantaneously. Approximation of the displacement fields is performed by suitable harmonic functions in the Rayleigh-Ritz method and by Legendre basis functions (LBFs) in the second method. Finally, the results will be calculated and discussions will be conducted on the methods.
A nonlinear dynamic modeling method for simply supported structures undergoing large overall motion is suggested. The modeling method employs Rayleigh-Ritz mode technique and Von Karman nonlinear strain measures. Numerical study shows that the suggested modeling method provides qualitatively different results from those of the Classical Linear Cartesian modeling method. Especially, natural frequency variations and residual deformation due to membrane strain effects are observed in the numerical results obtained by the suggested modeling method.
In this article, free vibration of functionally graded (FG) elliptic plates subjected to various classical boundary conditions has been investigated. Literature review reveals no study has been performed based on functionally graded elliptic plates till date. The mechanical kinematic relations are considered based on classical plate theory. Rayleigh-Ritz technique is used to obtain the generalized eigenvalue problem. The material properties of the FG plate are assumed to vary along thickness direction of the constituents according to power-law form. Trial functions denoting the displacement components are expressed in simple algebraic polynomial forms which can handle any edge support. The objective is to study the effect of geometric configurations and gradation of constituent volume fractions on the natural frequencies. New results for frequency parameters are incorporated after performing a test of convergence. A comparison study is carried out with existing literature for validation in special cases. Three-dimensional mode shapes for circular and elliptic FG plates are also presented with various boundary conditions at the edges.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad Nawaz;Shahzad, Aamir;Taj, Muhammad;Asghar, Sehar;Fatahi-Vajari, Alireza;Singh, Rahul;Tounsi, Abdelouahed
Advances in Computational Design
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제5권4호
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pp.363-380
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2020
In this paper, a cylindrical shell is immersed in a non-viscous fluid using first order shell theory of Sander. These equations are partial differential equations which are solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the Rayleigh-Ritz procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Lagrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. Throughout the computation, simply supported edge condition is used. Expressions for modal displacement functions, the three unknown functions are supposed in such way that the axial, circumferential and time variables are separated by the product method. Comparison is made for empty and fluid-filled cylindrical shell with circumferential wave number, length- and height-radius ratios, it is found that the fluid-filled frequencies are lower than that of without fluid. To generate the fundamental natural frequencies and for better accuracy and effectiveness, the computer software MATLAB is used.
Cao, Jianbin;Zhang, Zhousuo;Guo, Yanfei;Gong, Teng
Steel and Composite Structures
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제31권3호
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pp.233-242
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2019
Early detection of damage bonding state such as insufficient bonding strength and interface partial contact defect for the explosive clad pipe is crucial in order to avoid sudden failure and even catastrophic accidents. A generalized and efficient model of the explosive clad pipe can reveal the relationship between bonding state and vibration characteristics, and provide foundations and priory knowledge for bonding state detection by signal processing technique. In this paper, the slender explosive clad pipe is regarded as two parallel elastic beams continuously joined by an elastic layer, and the elastic layer is capable to describe the non-uniform bonding state. By taking the characteristic beam modal functions as the admissible functions, the Rayleigh-Ritz method is employed to derive the dynamic model which enables one to consider inhomogeneous system and any boundary conditions. Then, the proposed model is validated by both numerical results and experiment. Parametric studies are carried out to investigate the effects of bonding strength and the length of partial contact defect on the natural frequency and forced response of the explosive clad pipe. A potential method for identifying the bonding quality of the explosive clad pipe is also discussed in this paper.
보의 고유진동수는 진동해석 뿐만 아니라 구조물의 동적특성을 파악하는데 중요한 역할을 한다 보의 단면이 불연속적으로 변하는 계단형 보의 고유진동수 해석은 복잡하다. 이런 계단형 보의 진동해석은 Rayleigh-Ritz법, FEM 등과 같은 근사해석법이 흔히 사용되는데 이들 해석의 정확성은 분할요소의 수, 계산의 반복수, 가정처짐곡선의 형상에 따라 좌우된다. 본 연구에서는 계단형 외팔보의 등가보 변환 방법을 이용한 기본고유진동수의 근사해석방법을 제시하고자 하였으며 여러 예제에 대하여 제안방법과 유한요소해석 결과를 비교하여 그 적용성과 신뢰성을 검증하였다.
An optimization procedure is proposed to determine the optimal stacking sequence on the buckling of laminated composite plates with midplane symmetry under various loading conditions. Classical lamination theory is used for the determination of the critical buckling load of simply supported angle-ply laminates. Analysis is performed by the Galerkin method and Rayleigh-Ritz method. The approximate solution of buckling is replaced by the algorithms that produce generalized eigenvalue problem. Direct search technique is employed to solve the optimization problem effectively. A series of computations is carried out for plates having different aspect ratios, different load ratios and different number of lay-ups.
This paper presents the estimation of buckling coefficients and an ultimate strength for a longitudinally profiled plate (LP plate). From the buckling analysis of the LP plate compressed in one direction, the buckling coefficients for the thickness ratio are obtained by Rayleigh-Ritz method and Galarkin method. This paper also provides the technique of a finite element analysis considering the residual distributions of residual stresses and forces equilibrium in the LP plate. The strength behavior of the LP plate obtained from the analysis shows that the ultimate strength differs from the strength which is calculated from the current design code. Based on the results, this paper presents some new proposals about the strength evaluations of the LP plate.
Free vibration characteristics of an initially stressed CD/DVD disk, which is designed for increasing critical speeds of current optical disks, are analyzed using the Rayleigh-Ritz technique based on variational formulations. Natural frequencies of the new disk depend on membrane stresses caused by disk rotation as well as residual stresses imposed during the cooling process of the injection molding. Critical speeds are calculated for the various initial patterns of radial and circumferential stresses. Initially imposed tensile stresses increase the natural frequencies of all the vibration modes except zero nodal diameter mode, whose natural frequency is independent of circumferential stress. A new disk with initial tensile stress of 0.5MPa is shown to have its critical speed about 30 % higher than the current optical disk.
Khadimallah, Mohamed A.;Hussain, Muzamal;Khedher, Khaled Mohamed;Naeem, Muhammad Nawaz;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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제37권2호
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pp.137-150
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2020
In this research work, the analytical rotating vibration for functionally graded shell with ring supports are restricted to some volume fraction laws based on Rayleigh-Ritz technique. The frequencies of functionally grade cylindrical shells have been investigated for the distribution of material composition of material with two kinds of material. Stability of a cylindrical shell depends highly on these aspects of material with ring supports. The frequency behavior is investigated with fraction laws versus circumferential wave number, length-to-radius and height-to-radius ratios. The frequencies are higher for higher values of circumferential wave number. The frequency first increases and gain maximum value with the increase of circumferential wave mode. Moreover, the effect of angular speed is also investigated. It is examined that the backward and forward frequencies increases and decreases on increasing the ratio of height- and length-to-radius ratios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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