This paper focuses on post-buckling analysis of Timoshenko beams with various boundary conditions subjected to a non-uniform thermal loading by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. Six types of support conditions for the beams are considered. The considered highly non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. As far as the authors know, there is no study on the post-buckling analysis of Timoshenko beams under uniform and non-uniform thermal loading considering full geometric non-linearity investigated by using finite element method. The convergence studies are made and the obtained results are compared with the published results. In the study, the relationships between deflections, end rotational angles, end constraint forces, thermal buckling configuration, stress distributions through the thickness of the beams and temperature rising are illustrated in detail in post-buckling case.
The hygrothermal stresses in sandwich plate with composite faces due to through the thickness gradient temperature and (or) moisture content are investigated. The layer-wise theory is employed for formulation of the problem. The formulation is derived for sandwich plate with general layer stacking, subjected to uniform and non-uniform temperature and moisture content through the thickness of the plate. The governing equations are solved for free edge conditions and 3D stresses are investigated. The out of plane stresses are obtained by equilibrium equations of elasticity and by the constitutive law and the results for especial case are compared with the predictions of a 3D finite element solution in order to study the accuracy of results. The three-dimensional stresses especially the free edge effect on the distribution of the stresses is studied in various sandwich plates and the effect of uniform and non-uniform thermal and hygroscopic loading is investigated.
This paper deals with the relaxation of singular stresses developed in an epoxy adhesive at high temperature. The interface stresses are analyzed using BEM. The adhesive employed in this study is an epoxy which can be cured at room temperature. The adhesive is assumed to be linearly viscoelastic. First, the distribution of the interface stresses developed in the adhesive layer under the uniform tensile stress has been calculated. The singular stress has been observed near the interface corner. Such singular stresses near the interface corner may cause epoxy layer separated from adherent. Second, the interfacial thermal stress has been investigated. The uniform temperature rise can relieve the stress level developed in the adhesive layer under the external loading, which can be viewed as an advantage of thermal loading. It is also obvious that temperature rise reduces the bonding strength of the adhesive layer. Experimental evaluation is required to assess a trade-off between the advantageous and deleterious effects of temperature.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.2
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pp.106-113
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2011
This paper was conducted on experimental analysis in the free vibration analysis of rectangular plates under uniform thermal loading. Materials of three rectangular plates were aluminum, steel and stainless-steel respectively. The dimension of rectangular plates was 0.1 $\times$ 0.1 $\times$ 0.002 m. Infrared quartz lamps were used for thermal loading. The PCS(Power Control System) electric control system was applied for control and scanning vibrometer (Poly Tech) was used for acquisition of frequency response function. Applied temperature was increased from room temperature to $300^{\circ}C$ by $50^{\circ}C$. Boundary condition was free-free condition using bungee cord. Front face of rectangular plate was heated uniformly.
In this research, a semi-analytical solution is presented for computing mechanical displacements and thermal stresses in rotating thick cylindrical pressure vessels made of functionally graded material (FGM). The modulus of elasticity, linear thermal expansion coefficient, and density of the cylinder are assumed to change along the axial direction as a power-law function. It is also assumed that Poisson's ratio and thermal conductivity are constant. This cylinder was subjected to non-uniform internal pressure and thermal loading. Thermal loading varies in two directions. The governing equations are derived by the first-order shear deformation theory (FSDT). Using the multilayer method, a functionally graded (FG) cylinder with variable thickness is divided into n homogenous disks, and n sets of differential equations are obtained. Applying the boundary conditions and continuity conditions between the layers, the solution of this set of equations is obtained. To the best of the researchers' knowledge, in the literature, there is no study carried out bi-directional thermoelastic analysis of clamped-clamped rotating FGM thick-walled cylindrical pressure vessels under variable pressure in the longitudinal direction.
During their life span, post-tensioned concrete structures may be exposed to thermal loads. Therefore, there has been a growing interest in research on the advanced analysis and design of post-tensioned concrete slabs subjected to thermal loads. This paper investigates the structural behaviour of post-tensioned one-way spanning concrete slabs. A nonlinear finite element model for the analysis of post- tensioned unbonded and bonded concrete slabs at elevated temperatures was developed. The interface between the tendon and surrounding concrete was also modelled, allowing the tendon to retain its profile shape during the deformation of the slab. The load-deflection behaviour, load-force behaviour in the tendon, and the failure modes are presented. The numerical analysis was conducted by the finite element ANSYS software and was carried out on two different one-way concrete slabs chosen from literature. A parametric study was conducted to investigate the effect of several selected parameters on the overall behavior of post-tensioned one-way concrete slab. These parameters include the effect of tendon bonding, the effect of thermal loading and the effect of tendon profile. Comparison between uniform thermal loading and nonuniform thermal loading showed that restrained post tensioned slab with bottom surface hotter has smaller failure load capacity.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.2
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pp.97-105
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2011
This paper was conducted on analytical solution using superposition and FEM analysis in the free vibration analysis of rectangular plates under uniform thermal loadings. Materials of three rectangular plates were aluminum, steel and stainless-steel respectively. Applied temperature conditions were from room temperature to $300^{\circ}C$ and boundary condition was free-free condition. Fully symmetric mode(FSM), fully antisymmetric mode(FASM) and symmetric-antisymmetric mode(SAM) were analyzed.
Salari, Erfan;Ashoori, Alireza;Vanini, Seyed Ali Sadough
Advances in nano research
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v.7
no.1
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pp.25-38
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2019
This research is aimed at studying the asymmetric thermal buckling of porous functionally graded (FG) annular nanoplates resting on an elastic substrate which are made of two different sets of porous distribution, based on nonlocal elasticity theory. Porosity-dependent properties of inhomogeneous nanoplates are supposed to vary through the thickness direction and are defined via a modified power law function in which the porosities with even and uneven type are approximated. In this model, three types of thermal loading, i.e., uniform temperature rise, linear temperature distribution and heat conduction across the thickness direction are considered. Based on Hamilton's principle and the adjacent equilibrium criterion, the stability equations of nanoporous annular plates on elastic substrate are obtained. Afterwards, an analytical solution procedure is established to achieve the critical buckling temperatures of annular nanoplates with porosities under different loading conditions. Detailed numerical studies are performed to demonstrate the influences of the porosity volume fraction, various thermal loading, material gradation, nonlocal parameter for higher modes, elastic substrate coefficients and geometrical dimensions on the critical buckling temperatures of a nanoporous annular plate. Also, it is discussed that because of present of thermal moment at the boundary conditions, porous nanoplate with simply supported boundary condition doesn't buckle.
Critical thermal buckling of functionally graded porous (FGP) sandwich plates under various types of thermal loading is considered. It is assumed that the mechanical and thermal nonhomogeneous properties of FGP sandwich plate vary smoothly by distribution of power law across the thickness of sandwich plate. In this paper, porosity defects are modeled as stiffness reduction criteria and included in the rule of mixture. The thermal environments are considered as uniform, linear and nonlinear temperature rises. The critical buckling temperature response of FGM sandwich plates has been analyzed under various boundary conditions. By comparing several numerical examples with the reference solutions, the results indicate that the present analysis has good accuracy and rapid convergence. Further, the effects of various parameters like distribution shape of porosity, sandwich combinations, aspect ratio, thickness ratio, boundary conditions on critical buckling temperature of FGP sandwich plate have been studied in this paper.
Al-Maliki, Ammar F.H.;Ahmed, Ridha A.;Moustafa, Nader M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in Computational Design
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v.5
no.2
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pp.177-193
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2020
In the present research, dynamic analysis of functionally graded (FG) graphene-reinforced beams under thermal loading has been carried out based on finite element approach. The presented formulation is based on a higher order refined beam element accounting for shear deformations. The graphene-reinforced beam is exposed to transverse periodic mechanical loading. Graphene platelets have three types of dispersion within the structure including uniform-type, linear-type and nonlinear-type. Convergences and validation studies of derived results from finite element approach are also presented. This research shows that the resonance behavior of a nanocomposite beam can be controlled by the GPL content and dispersions. Therefore, it is showed that the dynamical deflections are notably influenced by GPL weight fractions, types of GPL distributions, temperature changes, elastic foundation and harmonic load excitation frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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