In this paper, nonlinear displacements of laminated composite beams are investigated under non-uniform temperature rising with temperature dependent physical properties. Total Lagrangian approach is used in conjunction with the Timoshenko beam theory for nonlinear kinematic model. Material properties of the laminated composite beam are temperature dependent. In the solution of the nonlinear problem, incremental displacement-based finite element method is used with Newton-Raphson iteration method. The distinctive feature of this study is nonlinear thermal analysis of Timoshenko Laminated beams full geometric non-linearity and by using finite element method. In this study, the differences between temperature dependent and independent physical properties are investigated for laminated composite beams for nonlinear case. Effects of fiber orientation angles, the stacking sequence of laminates and temperature on the nonlinear displacements are examined and discussed in detail.
Emad Ghandourah;Muzamal Hussain;Mohamed A. Khadimallah;Mashhour Alazwari;Mohamed R. Ali;Mohammed A. Hefni
Computers and Concrete
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v.31
no.1
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pp.1-7
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2023
In this paper, Timoshenko-beam model is developed for the vibration of double carbon nanotubes. The resulting frequencies are gained for axial wave mode and length-to-diameter ratios. The natural frequency becomes more prominent for lower length-to-diameter ratios and diminished for higher ratios. The converse behavior is observed for axial wave mode with clamped-clamped and clamped-free boundary conditions. The frequencies of clamped-free are lower than that of clamped-clamped boundary condition. The eigen solution is obtained to extract the frequencies of double walled carbon nanotubes using Galerkin's method through axial deformation function. Computer softer MATLAB is used for formation of frequency values. The frequency data is compared with available literature and found to be in agreement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.478-487
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1991
In this study, dynamic stability of discontinuous free Timoshenko beam, barring a concentrated mass, under constant follower force is considered. Governing differential equations are derived based on the extended Hamilton's principle and finite element method is applied for numerical analysis. Conclusions of the study are as follows : (1) Without force direction control, (i) the critical follower force at instability is increased with concentrated mass regardless of discontinuity. (ii) the minimum critical follower force is located in the vicinity of discontinuity position .xi.$_{d}$=0.75. (iii) at mass location .mu. .leq.0.5 the force at instability is decreased as magnitude of concentrated mass is increased but, at .mu. .geq. 0.5 the force is increased as the mass is increased. (2) With force direction control, (i) shear deformation parameter S contributes insignificantly to the force at instability when S>10$^{[-993]}$ (ii) maximum critical follower force can be obtained for the discontinuity location .xi.$_{d}$=0.25. (iii) the critical follower force is increased as magnitude of concentrated mass .alpha. is increased at mass location .mu. .geq.0.4, but is increased, .mu ..leq.0.4.4.
Post-buckling behavior of Timoshenko beams subjected to uniform temperature rising with temperature dependent physical properties are studied in this paper by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. The beam is clamped at both ends. In the case of beams with immovable ends, temperature rise causes compressible forces end therefore buckling and post-buckling phenomena occurs. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. Also, the material properties (Young's modulus, coefficient of thermal expansion, yield stress) are temperature dependent: That is the coefficients of the governing equations are not constant in this study. This situation suggests the physical nonlinearity of the problem. Hence, the considered problem is both geometrically and physically nonlinear. The considered highly non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. The beams considered in numerical examples are made of Austenitic Stainless Steel (316). The convergence studies are made. In this study, the difference between temperature dependent and independent physical properties are investigated in detail in post-buckling case. The relationships between deflections, thermal post-buckling configuration, critical buckling temperature, maximum stresses of the beams and temperature rising are illustrated in detail in post-buckling case.
The purpose of this study is to investigate thermal post-buckling analysis of a laminated composite beam subjected under uniform temperature rising with temperature dependent physical properties. The beam is pinned at both ends and immovable ends. Under temperature rising, thermal buckling and post-buckling phenomena occurs with immovable ends of the beam. In the nonlinear kinematic model of the post-buckling problem, total Lagrangian approach is used in conjunction with the Timoshenko beam theory. Also, material properties of the laminated composite beam are temperature dependent: that is the coefficients of the governing equations are not constant. In the solution of the nonlinear problem, incremental displacement-based finite element method is used with Newton-Raphson iteration method. The effects of the fibber orientation angles, the stacking sequence of laminates and temperature rising on the post-buckling deflections, configurations and critical buckling temperatures of the composite laminated beam are illustrated and discussed in the numerical results. Also, the differences between temperature dependent and independent physical properties are investigated for post-buckling responses of laminated composite beams.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.3-10
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2000
In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of the beam-type smart structure with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations far the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered. By using the variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The presented 2-node beam finite element is isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The validity of the proposed beam element is shown through comparing the analysis results of the verification examples with those of other previous researches. Therefore, by analyzing smart structures with smart beam finite elements, it is possible to simulate the control of the structural behavior by piezoelectric actuators with applied voltages and the monitoring of the structure behavior by piezoelectric sensors with sensed voltages.
Mohammad Safari;Mehdi Mohammadimehr;Hossein Ashrafi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.1-12
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2023
In this study, forced vibration behavior of a piezo magneto electric sandwich Timoshenko beam is investigated. It is assumed a sandwich beam with porous core and graphene platelet reinforced composite (GPLRC) in facesheets subjected to magneto-electro-elastic and temperature-dependent material properties. The magneto electro platelets are under linear function along with the thickness that includes a cosine function and magnetic and electric constant potentials. The governing equations of motion are derived using modified strain gradient theory for microstructures. The effects of material length scale parameters, temperature change, different distributions of porous, various patterns of graphene platelets, and the core to face sheets thickness ratio on the natural frequency and excited frequency of a sandwich Timoshenko beam are scrutinized. Various size-dependent methods effects such as MSGT, MCST, and CT on the natural frequency is considered. Moreover, the final results affirm that the increase in porosity coefficient and volume fractions lead to an increase in the amount of natural frequency; while vice versa for the increment in the aspect ratio. From forced vibration analysis, it is understood that by increasing the values of volume fraction and the length thickness of GPL, the maximum deflection of a sandwich beam decreases. Also, it is concluded that increasing the temperature, the thickness of GPL, and the initial force leads to a decrease in the maximum deflection of GPL. It is also shown that resonance phenomenon occurs when the natural and excitation frequencies become equal to each other. Outcomes also reveal that the third natural frequency owns the minimum value of both deflection and frequency ratio and the first natural frequency has the maximum.
Devnath, Indronil;Islam, Mohammad Nazmul;Siddique, Minhaj Uddin Mahmood;Tounsi, Abdelouahed
Advances in nano research
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v.12
no.2
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pp.139-150
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2022
This paper presents sets of explicit analytical equations that compute the static displacements of nanobeams by adopting the nonlocal elasticity theory of Eringen within the framework of Euler Bernoulli and Timoshenko beam theories. Castigliano's theorem is applied to an equivalent Virtual Local Beam (VLB) made up of linear elastic material to compute the displacements. The first derivative of the complementary energy of the VLB with respect to a virtual point load provides displacements. The displacements of the VLB are assumed equal to those of the nonlocal beam if nonlocal effects are superposed as additional stress resultants on the VLB. The illustrative equations of displacements are relevant to a few types of loadings combined with a few common boundary conditions. Several equations of displacements, thus derived, matched precisely in similar cases with the equations obtained by other analytical methods found in the literature. Furthermore, magnitudes of maximum displacements are also in excellent agreement with those computed by other numerical methods. These validated the superposition of nonlocal effects on the VLB and the accuracy of the derived equations.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.12
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pp.202-211
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1998
The present paper proposes a modal analysis procedure to obtain exact modal parameters (natural frequencies, damping ratios, eigenvectors) for general, non-uniform beam-like structures. The proposed method includes a derivation of the system dynamic matrix for a Timoshenko beam element. The proposed method provides not only exact modal parameters but also exact frequency response functions (FRFs) for general beam structures. A time domain analysis method is also proposed. Two examples are provided for validating and illustrating the proposed method. The first numerical example compares the proposed method with FEM. The second example deals with a non-uniform beam structure supported in joints with damping property. The numerical study proves that the proposed method is useful for the dynamic analysis of continuous systems consisting of beam-like structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2535-2542
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1993
Two-noded curved beam elements, CMLC (field-consistent membrane and linear curvature) and IMLC(field-inconsistent membrane and linear curvature) are developed on the basis of Timoshenko's beam theory and curvilinear coordinate. The curved beam element is developed by the separation of the radial deflection into the bending deflection. In the CMLC element, field-consistent axial strain interpolation is adapted for removing the membrane locking. The CMLC element shows the rapid and stable convergence on the wide range of curved beam radius to thickness. The field-consistent axial strain and the separation of radial deformation produces the most efficient linear element possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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