The analytical solutions for the free vibration and buckling of cross -ply laminated composite cylindrical shell with the orthogonal stiffeners, i. e., axial stiffeners(stringers) and circumferential stiffeners(rings), are presented using the energy method. The stiffeners are assumed to be an integral part of the shell and have been directly included in analysis(it's called discrete stiffener theory). The effect of the parameters such as the stacking sequences, the shell thickness, the shell length-to-radius ratio are studied. By comparison with the previously published analytical results for the stiffened cylindrical shells, it is shown that natural frequencies can be determined with adequate accuracy.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.11a
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pp.173-176
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2000
Finite element model based on the Naghdi's shell theory in the general tensor-based form is formulated in the present study. Partial mixed variational functional for assumed strain is formulated in order to avoid the severe locking troubles known as transverse shear and membrane locking. The proposed assumed strain element in general tensor Naghdi's shell model provides very accurate solutions for thin shells in benchmark problems. In additions, linear elastic constitutive equations are given in the general curvilinear coordinate system including anisotropic layered structures. Thus laminated composited shell structures are easily analyzed in the present formulation.
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of hyperboloidal shells free at the top edge and clamped at the bottom edge like a hyperboloidal cooling tower by the Ritz method based upon the circular cylindrical coordinate system instead of related 3-D shell coordinates which are normal and tangent to the shell midsurface. The Legendre polynomials are used as admissible displacements. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated. Natural frequencies from the present 3-D analysis are also compared with those of straight beams with circular cross section, complete (not truncated) conical shells, and circular cylindrical shells as special cases of hyperboloidal shells from the classical beam theory, 2-D thin shell theory, and other 3-D methods.
The main objective of this paper is to develop the finite element study on the nonlinear free vibration of functionally graded nanocomposite spherical shells reinforced with graphene platelets under the first-order shear deformation shell theory and von Kármán nonlinear kinematic relations. The governing equations are presented by introducing the full asymmetric nonlinear strain-displacement relations followed by the constitutive relations and energy functional. The extended Halpin-Tsai model is utilized to specify the overall Young's modulus of the nanocomposite. Then, the finite element formulation is derived and the quadrilateral 8-node shell element is implemented for finite element discretization. The nonlinear sets of dynamic equations are solved by the use of the harmonic balance technique and iterative method to find the nonlinear frequency response. Several numerical examples are represented to highlight the impact of involved factors on the large-amplitude vibration responses of nanocomposite spherical shells. One of the main findings is that for some geometrical and material parameters, the fundamental vibrational mode shape is asymmetric and the axisymmetric formulation cannot be appropriately employed to model the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite spherical shells.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.565-573
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2007
This paper is concerned with the dynamic modeling, active vibration controller design and experiments for a cylindrical shell equipped with MFC actuators. The dynamic model was derived by using Rayleigh-Ritz method based on Donnel-Mushtari shell theory. The actuator and sensors for the MFC actuator equations were derived based on pin-force model. The equations of motion were then reduced to modal equations of motion by considering the modes of interest. The sensor equations were also converted to a reduced form. An aluminum shell was fabricated to demonstrate the effectiveness of modeling and control techniques. The boundary conditions at both ends of the shell were assumed to be shear diaphragm. Theoretical natural frequencies were calculated and compared to experimental result. It was observed that the theoretical result is in good agreement with experimental result for the first two modes. The multi-input and multi-output positive position feedback controller, which can cope with first two modes, was then designed based on the blockinverse theory and implemented using DSP. It was found from experiment that vibrations can be successfully suppressed.
M.D. Nurul Izyan;K.K. Viswanathan;D.S. Sankar;A.K. Nor Hafizah
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.601-610
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2024
Free vibration of layered conical shell frusta of thickness filled with fluid is investigated. The shell is made up of isotropic or specially orthotropic materials. Three types of thickness variations are considered, namely linear, exponential and sinusoidal along the radial direction of the conical shell structure. The equations of motion of the conical shell frusta are formulated using Love's first approximation theory along with the fluid interaction. Velocity potential and Bernoulli's equations have been applied for the expression of the pressure of the fluid. The fluid is assumed to be incompressible, inviscid and quiescent. The governing equations are modified by applying the separable form to the displacement functions and then it is obtained a system of coupled differential equations in terms of displacement functions. The displacement functions are approximated by cubic and quintics splines along with the boundary conditions to get generalized eigenvalue problem. The generalized eigenvalue problem is solved numerically for frequency parameters and then associated eigenvectors are calculated which are spline coefficients. The vibration of the shells with the effect of fluid is analyzed for finding the frequency parameters against the cone angle, length ratio, relative layer thickness, number of layers, stacking sequence, boundary conditions, linear, exponential and sinusoidal thickness variations and then results are presented in terms of tables and graphs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.1
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pp.53-61
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2015
This paper presented the nonlinear behaviors of the single-layered lattice dome, which is widely used for the long-span structure system. The behaviors were analysed through the classical shell buckling theory as the single-layered lattice dome behaves like continum thin shell due to its geometric characteristics, and finite element analysis method using the software program Nastran. Shell buckling theory provides two types of buckling loads, the global- and member buckling, and finite element analysis provides the ultimate load of geometric nonlinear analysis as well as the buckling load of Eigen value solution. Two types of models for the lattice dome were analysed, that is rigid- and pin-jointed structure. Buckling load using the shell buckling theory for each type of lattice dome, governed by the minimum value of global buckling or member buckling load, resulted better estimation than the buckling load with Eigen value analysis. And it is useful to predict the buckling pattern, that is global buckling or member buckling.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, G.A.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.6
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pp.691-714
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2017
Rotating fluid induced vibration and instability of embedded piezoelectric nano-composite separators subjected to magnetic and electric fields is the main contribution of present work. The separator is modeled with cylindrical shell element and the structural damping effects are considered by Kelvin-Voigt model. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are used as reinforcement and effective material properties are obtained by mixture rule. The perturbation velocity potential in conjunction with the linearized Bernoulli formula is used for describing the rotating fluid motion. The orthotropic surrounding elastic medium is considered by spring, damper and shear constants. The governing equations are derived on the bases of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The nonlinear frequency and critical angular fluid velocity are calculated by differential quadrature method (DQM). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the stability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency and critical angular fluid velocity are increased.
Muhammad Taj;Mohammad Amien Khadimallah;Shahzad Ali Chattah;Ikram Ahmad;Sami Alghamdi;Muzamal Hussain;Rana Muhammad Akram Muntazir;Faisal Al-Thobiani;Muhammad Safeer;Muhammad Naeem Mohsin;Faisal Mehmood Butt;Zafer Iqbal
Advances in concrete construction
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v.16
no.5
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pp.243-254
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2023
Microtubules in the cell are influenced by internal and external stimulation and play an important part in conveying protein substances and in carrying out medications to the intended targets. Waves are produced during these functions and in order to control the biological cell functions, it is important to know the wave velocities of microtubules. Owing to cylindrical shell shaped and mechanically elastic and orthotropic, cylindrical shell model based on gradient elasticity theory has been used. Wave velocities of the protein microtubule are carried out by considering Love's thin shell theory and Navier solution. Also the effect of size parameter and other variables on the results are investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.459-463
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2002
ER mount can be used instead of rubber mount in cylindrical shell to improve the vibration and noise performance. The noise radiated by cylindrical shell will be reduced by reducing the force transmitted to the cylindrical shell through ER mount. In this paper LQ control theory is used to reduce the transmitted force to the cylindrical shell. The finite element method of cylindrical shell is formulated by NASTRAN and its vibrating shape is calculated in frequency domain. The noise radiated from the cylindrical shell is calculated by the use of SYSNOISE, the boundary element CAE tool. The vibration of the cylindrical shell and radiated acoustic pressure is compared in case of both controlled and uncontrolled ER mount.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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