Merdaci, Slimane;Tounsi, Abdelouahed;Bakora, Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.22
no.4
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pp.713-732
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2016
A novel four variable refined plate theory is proposed in this work for laminated composite plates. The theory considers a parabolic distribution of the transverse shear strains, and respects the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without employing shear correction coefficient. The displacement field is based on a novel kinematic in which the undetermined integral terms are used, and only four unknowns are involved. The analytical solutions of antisymmetric cross-ply and angle-ply laminates are determined via Navier technique. The obtained results from the present model are compared with three-dimensional elasticity solutions and results of the first-order and the other higher-order theories reported in the literature. It can be concluded that the developed theory is accurate and simple in investigating the bending and buckling responses of laminated composite plates.
Karabulut, Pembe Merve;Adiyaman, Gokhan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.4
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pp.505-513
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2017
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on a half plane is considered. The layer is pressed by two rectangular stamps placed symmetrically. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces is neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which half contact length and contact pressures are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact length and the contact pressures are calculated under various stamp size, stamp position and material properties using both solutions. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.10
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pp.152-163
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1999
The problem of eigenvalue and eigenvector for v-notched cracks in pseudo-isotropic and anisotropic dissimilar materials was obtained to discuss stress singularities from traction free boundary and perfect bonded interface conditions assuming like the form of complex stress function for v-notched cracks in an isotropic material. Eigenvalues were solved by a commercial numerical program, MATHEMATICA. The relation between wedged angle and material property for eigenvalue, ${\lambda}$ indicating stress singularities of v-notched cracks in pseudo-isotropic and anisotropic dissimilar materials was examined.
In this article, a four-variable refined plate theory is presented for buckling analysis of functionally graded plates subjected to uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. Young's modulus and Poisson ratio of the FGM plates are assumed to remain constant throughout the entire plate. However, the coefficient of thermal expansion of the FGM plate varies according to a power law form through the thickness coordinate. Equilibrium and stability equations are derived based on the present theory. The influences of many plate parameters on buckling temperature difference such ratio of thermal expansion, aspect ratio, side-to-thickness ratio and gradient index will be investigated.
In this paper, a refined exponential shear deformation beam theory is developed for bending analysis of functionally graded beams. The theory account for parabolic variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Contrary to the others refined theories elaborated, where the stretching effect is neglected, in the current investigation this so-called "stretching effect" is taken into consideration. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for static are obtained. Numerical examples are presented to verify the accuracy of the present theory.
A simple plane-strain solution is derived in this paper for the functionally graded multilayered isotropic elastic cylinder under static deformation. The solution is obtained using method of separation of variables and is expressed in terms of the summation of the Fourier series in the circumferential direction. While the solution for order n = 0 corresponds to the axisymmetric deformation, that for n = 2 includes the special deformation frequently utilized in the upper and lower bounds analysis. Numerical results for a three-phase cylinder with a middle functionally graded layer are presented for both axisymmetric (n = 0) and general (n = 2) deformations, under either the traction or displacement boundary conditions on the surface of the layered cylinder. The solution to the general deformation case (n = 2) is further utilized for the first time to find the upper and lower bounds of the effective shear modulus of the layered cylinder with a functionally graded middle layer. These results could be useful in the future study of cylindrical composites where FGMs and/or multilayers are involved.
In this paper, a hyperbolic shear deformation beam theory is developed for free vibration analysis of functionally graded (FG) sandwich beams. The theory account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The material properties of the functionally graded sandwich beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. Based on the present refined beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies. Illustrative examples are given to show the effects of varying gradients and thickness to length ratios on free vibration of functionally graded sandwich beams.
In this paper, a free vibration analysis of functionally graded beam made of porous material is presented. The material properties are supposed to vary along the thickness direction of the beam according to the rule of mixture, which is modified to approximate the material properties with the porosity phases. For this purpose, a new displacement field based on refined shear deformation theory is implemented. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present refined shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Bedia, E. Adda
Geomechanics and Engineering
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v.9
no.3
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pp.361-372
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2015
In this paper, a refined exponential shear deformation theory for free vibration analysis of functionally graded beam with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. For this purpose, a new displacement field based on refined shear deformation theory is implemented. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present refined shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
In this paper, a new refined hyperbolic shear deformation beam theory for the free vibration analysis of functionally graded beam is presented. The theory accounts for hyperbolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the functionally graded beam without using shear correction factors. In addition, the effect of different micromechanical models on the free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Based on the present theory, the equations of motion are derived from the Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies, and the numerical results are compared with those available in the literature. A detailed parametric study is presented to show the effect of different micromechanical models on the free vibration response of a simply supported FG beams.
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