Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.7
s.94
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pp.1761-1771
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1993
In this paper, the design of thick laminated composite plate subjected to thermal buckling load under uniform temperature distribution is presented. In the design procedures of composite laminated plates for maximum thermal buckling load. the finite element method based on shear deformed theory is used for the analysis or laminated plates. One-demensional search method is used to find optimal fiber orientation and, in the next step, optimal thickness is investigated. Design variables such as fiber orientation and ply thicknesses coefficient of plates are adopted. The optimal design for the symmetric or antisymmetric laminated plates consisted of 4 layers with maximum thermal buckling load is performed.
Thick composite laminated plates is considered in 3D finite-element. To consider continuity of transverse stresses and displacement field, mixed finite-element has been developed by using layerwise theory and the minimum potential energy principle. Mixed finite-element has been enforced through the thick direction, Z, of a laminated plate by considering six degree-of-freedoms per node. Six degree-of-freedoms are three displacement components in the coordinate axes directions and three transverse stress components ${\sigma}_z,\;{\tau}_{xz},\;{\tau}_{yz}$. The model maintain the fundamental elasticity relations that are stress-strain relation and displacement-strain relation, because the transverse stress components invoked as nodal degrees of freedom by using the fundamental elasticity relationship between th components of stress and displacement. Random vibration analysis of the model is performed by computing consistent mass matrix and computing covariance in frequency domain technique.
In this paper, the modified form of shear deformation plate theories is proposed. First, the displacement field geometry of classical and the first order shear deformation theories are compared with each other. Using this comparison shows that there is a kinematic relation among independent variables of the first order shear deformation theory. So, the modified forms of rotation functions in shear deformation theories are proposed. Governing equations for rectangular and circular thick laminated plates, having been analyzed numerically so far, are solved by method of separation of variables. Natural frequencies and mode shapes of the plate are determined. The results of the present method are compared with those of previously published papers with good agreement obtained. Efficiency, simplicity and excellent results of this method are extensible to a wide range of similar problems. Accurate solution for governing equations of thick composite plates has been made possible for the first time.
Kim, Jeoung Woo;Kang, Dae Won;Paik, Jong Gyu;Youk, Youngki;Park, Jeong Ho;Shin, Sang-Mo
Korean Journal of Materials Research
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v.29
no.1
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pp.43-51
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2019
Nacre of abalone shell features a "brick-and-mortar" microstructure, in which micro-plates of calcium carbonate are bonded by nanometers-thick layers of chitin and proteins. Due to the microstructure and its unique toughening mechanisms, nacre possesses an excellent combination of specific strength, stiffness and toughness. This study deals with the possibility of using nacre fragments obtained from abalone shell for making a bulletproof armor system. A composite plate laminated with abalone shell fragments is made and compression and bend tests are carried out. In addition, a bulletproof test is performed with hybrid armor systems which are composed of an alumina plate, a composite plate, and aramid woven fabric to verify the ballistic performance of nacre. The compressive strength of the composite plate is around 258.3 MPa. The bend strength and modulus of the composite plate decrease according to the plate thickness and are about 149.2 MPa and 50.3 GPa, respectively, for a 4.85 mm thick plate. The hybrid armor system with a planar density of $45.2kg/m^2$, which is composed of an 8 mm thick alumina plate, a 2.4 mm thick composite plate, and 18 layers of aramid woven fabric, satisfy the NIJ Standard 0101.06 : 2008 Armor Type IV. These results show that a composite plate laminated with abalone shell fragments can be used for a bulletproof armor system as an interlayer between ceramic and fabric to decrease the armor system's weight.
Based on the Mindlin plate theory, a refined discrete 15-DOF triangular laminated composite plate finite element RDTMLC with the re-constitution of the shear strain is proposed. For constituting the element displacement function, the exact displacement function of the Timoshenko's laminated composite beam as the displacement on the element boundary is used to derive the element displacements. The proposed element can be used for the analysis of both moderately thick and thin laminated composite plate, and the convergence for the very thin situation can be ensured theoretically. Numerical examples presented show that the present model indeed possesses the properties of higher accuracy for anisotropic laminated composite plates and is free of locking even for extremely thin laminated plates.
This paper presents a four-noded quadrilateral $C^0$ strain plate element for the analysis of thick laminated composite plates. The element formulation is based on: 1) the third-order shear deformation theory; 2) assumed strain element formulation; and 3) interrelated edge displacements and rotations along element boundaries. Unlike the existing displacement-type composite plate elements based on the third-order theory, which rely on the $C^1$-continuity formulation, the present plate element is of $C^0$-continuity, and its element stiffness matrix is evaluated explicitly. Because of the third-order expansion of the in-plane displacements through the thickness, the resulting theory and hence elements do not need shear correction factors. The explicit element stiffness matrix makes the present element more computationally efficient than the composite plate elements using numerical integration for the analysis of thick layered composite plates.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.1
no.1
s.1
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pp.109-115
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2001
Composite materials also known as fiber reinforced plastics have been developed and used in many engineering applications due to their outstanding mechanical properties. Laminated plates as structural components that are made of in composite material are widely used. Therefore, nonlinear response of laminated composite plates modeled with finite elements and excited by stochastic loading is studied. The classical laminated plate theory is used to account for the variation of strains through the thickness for modeling laminated thin plates. Approximate nonlinear random vibration analysis is performed using the method of equivalent linearization to account for material non-linearity.
The stresses and deflections in a laminated rectangular plate under thermal vibration are determined by using the moving least squares differential quadrature (MLSDQ) method based on the first order shear deformation theory. The weighting coefficients used in MLSDQ approximation are obtained through a fast computation of the MLS shape functions and their partial derivatives. By using this method, the governing differential equations are transformed into sets of linear homogeneous algebraic equations in terms of the displacement components at each discrete point. Boundary conditions are implemented through discrete grid points by constraining displacements, bending moments and rotations of the plate. Solving this set of algebraic equations yields the displacement components. Then substituting these displacements into the constitutive equation, we obtain the stresses. The approximate solutions for stress and deflection of laminated plate with cross layer under thermal load are obtained. Numerical results show that the MLSDQ method provides rapidly convergent and accurate solutions for calculating the stresses and deflections in a multi-layered plate of cross ply laminate subjected to thermal vibration of sinusoidal temperature including shear deformation with a few grid points.
Narwariya, Manoj;Choudhury, Achintya;Sharma, Avadesh K.
Advances in Computational Design
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v.3
no.2
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pp.113-132
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2018
This paper presents the vibration and harmonic analysis of orthotropic laminated composite plate. The response of plate is determined using Finite Element Method. The eight noded shell 281 elements are used to analyze the orthotropic plates and results are obtained so that the right choice can be made in applications such as aircrafts, rockets, missiles, etc. to reduce the vibration amplitudes. Initially the model response for orthotropic plate and harmonic response for isotropic plate is verified with the available literature. The results are in good agreement with the available literature. Numerical results for the natural frequency and harmonic response amplitude are presented. Effects of boundary conditions, thickness to width ratio and number of layers on natural frequency and harmonic response of the orthographic plates are also investigated. The natural frequency, mode shape and harmonic analysis of laminated composite plate has been determined using finite element package ANSYS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.7
s.94
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pp.1686-1699
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1993
In this paper, the thermal buckling of thick composite angle-ply laminates subject to uniform temperature distribution is studied. For the plates of 4-edges simply supported condition and those of 4-edges clamped condition, the critical buckling temperatue is derived, using tile finite element method based on the shear deformation theory. The effects of lamination angle, layer number, laminate thickness, plate aspect ratio and boundary constraints upon the critical buckling temperature are presented.
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