A numerical method is presented in this paper, for buckling analysis of thin arbitrary stiffened composite cylindrical shells under axial compression. The stiffeners can be placed inside and outside of the shell. The shell and stiffeners are operated as discrete elements, and their interactions are taking place through the compatibility conditions along their intersecting lines. The governing equations of motion are obtained based on Koiter's theory and solved by utilizing the principle of the minimum potential energy. Then, the buckling load coefficient and the critical buckling load are computed by solving characteristic equations. In this formulation, the elastic and geometric stiffness matrices of a single curved strip of the shell and stiffeners can be located anywhere within the shell element and in any direction are provided. Moreover, five stiffened composite shell specimens are made and tested under axial compression loading. The reliability of the presented method is validated by comparing its numerical results with those of commercial software, experiments, and other published numerical results. In addition, by using the ANSYS code, a 3-D finite element model that takes the exact geometric arrangement and the properties of the stiffeners and the shell into consideration is built. Finally, the effects of Poisson's ratio, shell length-to-radius ratio, shell thickness, cross-sectional area, angle, eccentricity, torsional stiffness, numbers and geometric configuration of stiffeners on the buckling of stiffened composite shells with various end conditions are computed. The results gained can be used as a meaningful benchmark for researchers to validate their analytical and numerical methods.
This paper develops a new method for analyzing the structural seismic behavior of single-layer reticulated shells based on exponential strain energy density (ESED). The ESED method reveals a characteristic point from a relationship between ESED sum and peak seismic acceleration. Then, the characteristic point leads to an updated concept of structural failure and an ESED-based criterion for predicting structural failure load. Subsequently, the ESED-based criterion and the characteristic point are verified through numerical analysis of typical single-layer reticulated shells with different configurations and a shaking table test of the scale shell model. Finally, discussions further verify the rationality and application of the ESED-based criterion. The ESED method might open a new way of structural analysis and the ESED-based criterion might indicate a prospect for a unified criterion for predicting seismic failure loads of various structures.
This study evaluated the dewatering efficiency of inorganic dehydrating agents that contain oyster shells. A filter press dehydrator was used for this study. The experiments were performed by the single injection of calcium-based chemicals, the single injection of oyster shells, and the mixed injection of oyster shells and calcium-based chemicals. The moisture content of the dewatered cake generated after dehydration confirmed that the best dewatering efficiency was found at the mixing ratios of CaCO3 to sludge, oyster shell to sludge, and inorganic dehydrating agent to sludge of 3:1, 10:1, and 1.5:2.5:1, respectively. The moisture contents exhibited less than 58% when the injection mixing ratio of inorganic dehydrating agent to sludge was 1.5:2.5:1. From EPS, SEM, and EDX analysis, it was found that the calcium adsorbed on the sludge surface could reduce extracellular polymeric substances (EPSs) and enhanced the dewaterbility. Based on the above results, it is considered possible to apply inorganic dehydrating agents containing recycled oyster shells in sludge dewatering in order to reduce sludge.
This paper extends the use of the hierarchic degenerated shell element to geometric non-linear analysis of composite laminated skew plates by the p-version of the finite element method. For the geometric non-linear analysis, the total Lagrangian formulation is adopted with moderately large displacement and small strain being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The present model is based on equivalent-single layer laminate theory with the first order shear deformation including a shear correction factor of 5/6. The integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. A wide variety of linear and non-linear results obtained by the p-version finite element model are presented for the laminated skew plates as well as laminated square plates. A numerical analysis is made to illustrate the influence of the geometric non-linear effect on the transverse deflections and the stresses with respect to width/depth ratio (a/h), skew angle (${\beta}$), and stacking sequence of layers. The present results are in good agreement with the results in literatures.
Shyam K. Chaudhary;Vishesh R. Kar;Karunesh K. Shukla
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.127-140
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2023
The present article focuses on the thermoelastic deformation behavior of inhomogeneous functionally graded metal/ceramic cylindrical shell structure with multiple perforations using 2D finite element approximation. Here, cylindrical shell structure is considered with single (1×1) and multiple (2×2, 3×3 and 4×4) perforations. The temperature-dependent elastic and thermal properties of functionally graded material are evaluated using Voigt's micromechanical material scheme via power-law function. The kinematics of the proposed model is based on the equivalent single-layer first-order shear deformation mid-plane theory with five degrees-of-freedom. Here, 2D isoparametric finite element solutions are obtained using eight-node quadrilateral elements. The mesh refinement of present finite element model is performed to confirm the appropriate number of elements and nodes for the analysis purpose. Subsequently, a comparison test is conducted to demonstrate the accuracy of present results. In later section, numerous numerical illustrations are demonstrated at different set of conditions by varying structural, material and loading parameters and that confirms the significance of various parameters such as power-law index, aspect ratio, thickness ratio, curvature ratio, number of perforations and temperature on the deformation characteristics of functionally graded cylindrical shell structure.
This paper is presented for the free vibration of a conical shell with annular plates or circular plate using the transfer of influence coefficient. The governing equations of vibration of a conical shell, including annular plate, are written as a coupled set of first order differential equations by using the transfer matrix of the shell. Once the transfer matrix of a single component has been determined, the entire structure matrix is obtained by the product of each component matrix and the joining matrix. The natural frequencies and the modes of vibration were calculated numerically for joined conical-annular plates. The validity of the present method is demonstrated through simple numerical examples, and through comparison with the results of finite element method, transfer matrix method and ANSYS. The conclusion show that the present method can accurately obtain natural vibration characteristics of the conical shell with annular or circle end plates.
A model analysis is used to predict the impact response of a simply supported elastic circular cylindrical shell composed of two bonded isotropic layers. The governing equations for a two-layered cylindrical shell are derived on the basis of an improved theory for the single-layer shell which includes the effects of transverse shear deformation and rotary inertia. Calculations are made for the specific case of the steel-concrete cylindrical shell subjected to a suddenly applied load. The solutions show that the method yields very good results. Therefore the proposed method is useful not only for a better investigating of the response characteristics of the shell but also available for a check on other numerical methods such a FEM.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.6
s.249
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pp.653-661
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2006
Metallic sandwich plates with various inner cores have important new features with not only ultra-light material characteristics and load bearing function but also multifunctional characteristics. Because of production possibility on the large scale and a good geometric precision, sandwich plates with inner dimpled shell structure from a single material have advantages as compared with other solid sandwich plates. Inner dimpled shell structures can be fabricated with press or roll forming process, and then bonded with two face sheets by multi-point resistance welding or adhesive bonding. Elasto-plastic bending behavior of sandwich plates have been predicted analytically and measured. The measurements have shown that elastic perfectly plastic approximation can be conveniently employed with less than 10% error in elastic stiffness, collapse load, and energy absorption. The dominant collapse modes are face buckling and bonding failure after yielding. Sandwich plates with inner dimpled shell structure can absorb more energy than other types of sandwich plates during the bending behavior.
The vibration response of the bridges under the moving vehicular load is of importance for engineers to estimate the serviceability of existing bridges and to design new bridges. This paper deals with the three dimensional vibration analysis of prestressed concrete bridges under moving vehicles. The prestressed bridges are modeled by four-node isoparametric flat shell elements with the transverse shearing deformation taken into account. The usual five degrees-of-freedom (DOFs) per node of the element are appended with a drilling DOF to accommodate the transformation of the local stiffness and mass matrices to the global coordinates. The vehicle is modeled as a single or two-DOF system. A single-span prestressed Tee beam and two-span prestressed box-girder bridge are studied as the two numerical examples. The effects of prestress forces on the natural frequencies and dynamic responses of the bridges are investigated.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.8
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pp.621-626
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2012
A new baffle configuration, an annular baffles, are considered in the present study as an alternative to reduce the excessive pressure drop associated with the conventional segmental ones in typical operating conditions. The heat transfer and pressure drops are numerically simulated for a single tube shell-and-tube model and compared against the conventional-baffle cases. Baffle blockage ratio and number of baffles are considered as the major variables for the present study specifying a fixed baffle spacing. It is found that the heat transfer increases 1.4~2.2 times without significant pressure loss compared to the bare tube cases and the goodness factor increases 1.35 times compared to the conventional-baffle model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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