Soils are natural granular materials whose mechanical properties differ according to the size and composition of the particles, so soils exhibit an obvious scale effect. Traditional soil mechanics is based on continuum mechanics, which can not reflect the impact of particle size on soil mechanics. On that basis, a matrix-reinforcing-particle cell model is established in which the reinforcing particles are larger-diameter sand particles and the matrix comprises smaller-diameter bentonite particles. Since these two types of particles deform differently under shear stress, a new shear-strength theory under direct shear that considers the stress concentration and bypass phenomena of the matrix is established. In order to verify the rationality of this theory, a series of direct shear tests with different reinforcing particle diameter and volume fraction ratio are carried out. Theoretical analysis and experimental results showed that the interaction among particles of differing size and composition is the basic reason for the size effect of soils. Furthermore, the stress concentration and bypass phenomena of the matrix enhance the shear strength of a soil, and the volume ratio of reinforcing particles has an obvious impact on the shear strength. In addition, the newly proposed shear-strength theory agrees well with experimental values.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.6
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pp.2284-2291
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2010
In this paper, we investigate the vibration analysis of plates, using an 8-node shell element that accounts for the transverse shear strains and rotary inertia. The forced vibration analysis of plates subjected to arbitrary loading is investigated. In order to overcome membrane and shear locking phenomena, the assumed natural strain method is used. To improve an 8-node shell element for forced vibration analysis, the new combination of sampling points for assumed natural strain method was applied. The refined first-order shear deformation theory based on Reissner-Mindlin theory which allows the shear deformation without shear correction factor and rotary inertia effect to be considered is adopted for development of 8-node assumed strain shell element. In order to validate the finite element numerical solutions, the reference solutions of plates are presented. Results of the present theory show good agreement with the reference solution. In addition the effect of damping is investigated on the forced vibration analysis of plates.
The static analysis of the simply supported functionally graded plate under transverse load by using a new sinusoidal shear deformation theory based on the neutral surface concept is investigated analytically in the present paper. No transversal shear correction factors are needed because a correct representation of the transversal shearing strain is given. The mechanical properties of the FGM plate are assumed to vary continuously through the thickness according to a power law formulation except Poisson's ratio, which is kept constant. The equilibrium and stability equations are derived by employing the principle of virtual work. Results are provided for thick to thin plates and for different values of the gradient index k, which subjected to sinusoidal or uniformly distributed lateral loads. The accuracy of the present results is verified by comparing it with finite element solution. From the obtained results, it can be concluded that the proposed theory is accurate and efficient in predicting the displacements and stresses of functionally graded plates.
Hadji, Lazreg;Meziane, Mohamed Ait Amar;Safa, Abdelkader
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.6
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pp.771-781
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2018
This study deals with free vibrations analysis with stretching effect of nanocomposite beams reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) resting on an elastic foundation. Four different carbon nanotubes (CNTs) distributions including uniform and three types of functionally graded distributions of CNTs through the thickness are considered. The rule of mixture is used to describe the effective material properties of the nanocomposite beams. The significant feature of this model is that, in addition to including the shear deformation effect and stretching effect it deals with only 4 unknowns without including a shear correction factor. The governing equations are derived through using Hamilton's principle. Natural frequencies are obtained for nanocomposite beams. The mathematical models provided in this paper are numerically validated by comparison with some available results. New results of free vibration analyses of CNTRC beams based on the present theory with stretching effect is presented and discussed in details. The effects of different parameters of the beam on the vibration responses of CNTRC beam are discussed.
In this paper, an accurate kinematic model has been developed to study the mechanical response of functionally graded (FG) sandwich beams, mainly covering the bending, buckling and free vibration problems. The studied structure with homogeneous hardcore and softcore is considered to be simply supported in the edges. The present model uses a new refined shear deformation beam theory (RSDBT) in which the displacement field is improved over the other existing high-order shear deformation beam theories (HSDBTs). The present model provides good accuracy and considers a nonlinear transverse shear deformation shape function, since it is constructed with only two unknown variables as the Euler-Bernoulli beam theory but complies with the shear stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the beam without employing shear correction factors. The sandwich beams are composed of two FG skins and a homogeneous core wherein the material properties of the skins are assumed to vary gradually and continuously in the thickness direction according to the power-law distribution of volume fraction of the constituents. The governing equations are drawn by implementing Hamilton's principle and solved by means of the Navier's technique. Numerical computations in the non-dimensional terms of transverse displacement, stresses, critical buckling load and natural frequencies obtained by using the proposed model are compared with those predicted by other beam theories to confirm the performance of the proposed theory and to verify the accuracy of the kinematic model.
Issad, Mohammed Naim;Fekrar, Abdelkader;Bakora, Ahmed;Bessaim, Aicha;Tounsi, Abdelouahed
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.1
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pp.711-719
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2018
The present work presents a free vibration and buckling analysis of orthotropic plates by proposing a novel two variable refined plate theory. Contrary to the conventional higher order shear deformation theories (HSDT) and the first shear deformation theory (FSDT), the proposed theory utilizes a novel displacement field which incorporates undetermined integral terms and involves only two unknowns. The governing equations are obtained from the dynamic version of principle of virtual works. The analytical solution of a simply supported orthotropic plate has been determined by using the Navier method. Numerical investigations are performed by employing the proposed model and the obtained results are compared with the existing HSDTs.
Saidi, Hayat;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbas Adda
Steel and Composite Structures
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v.15
no.2
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pp.221-245
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2013
This paper presents an analytical solution to the thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by using a new hyperbolic shear deformation theory in which the stretching effect is included. The modulus of elasticity of plates is assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The effects of functionally graded material (FGM) layer thickness, volume fraction index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are investigated.
Bouadi, Abed;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Heireche, Houari;Tounsi, Abdelouahed
Advances in nano research
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v.6
no.2
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pp.147-162
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2018
A new nonlocal higher order shear deformation theory (HSDT) is developed for buckling properties of single graphene sheet. The proposed nonlocal HSDT contains a new displacement field which incorporates undetermined integral terms and contains only two variables. The length scale parameter is considered in the present formulation by employing the nonlocal differential constitutive relations of Eringen. Closed-form solutions for critical buckling forces of the graphene sheets are obtained. Nonlocal elasticity theories are used to bring out the small scale influence on the critical buckling force of graphene sheets. Influences of length scale parameter, length, thickness of the graphene sheets and shear deformation on the critical buckling force have been examined.
This paper presents a new nine-node Lagrangian quadrilateral plate bending element (MQP9) using the Integrated Force Method (IFM) for the analysis of thin and moderately thick plate bending problems. Three degrees of freedom: transverse displacement w and two rotations ${\theta}_x$ and ${\theta}_y$ are considered at each node of the element. The Mindlin-Reissner theory has been employed in the formulation which accounts the effect of shear deformation. Many standard plate bending benchmark problems have been analyzed using the new element MQP9 for various grid sizes via Integrated Force Method to estimate defections and bending moments. These results of the new element MQP9 are compared with those of similar displacement-based plate bending elements available in the literature. The results are also compared with exact solutions. It is observed that the presented new element MQP9 is free from shear locking and produced, in general, excellent results in all plate bending benchmark problems considered.
Daikh, Ahmed Amine;Drai, Ahmed;Houari, Mohamed Sid Ahmed;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.36
no.6
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pp.643-656
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2020
This article presents a comprehensive static analysis of simply supported cross-ply carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) laminated nanobeams under various loading profiles. The nonlocal strain gradient constitutive relation is exploited to present the size-dependence of nano-scale. New higher shear deformation beam theory with hyperbolic function is proposed to satisfy the zero-shear effect at boundaries and parabolic variation through the thickness. Carbon nanotubes (CNTs), as the reinforced elements, are distributed through the beam thickness with different distribution functions, which are, uniform distribution (UD-CNTRC), V- distribution (FG-V CNTRC), O- distribution (FG-O CNTRC) and X- distribution (FG-X CNTRC). The equilibrium equations are derived, and Fourier series function are used to solve the obtained differential equation and get the response of nanobeam under uniform, linear or sinusoidal mechanical loadings. Numerical results are obtained to present influences of CNTs reinforcement patterns, composite laminate structure, nonlocal parameter, length scale parameter, geometric parameters on center deflection ad stresses of CNTRC laminated nanobeams. The proposed model is effective in analysis and design of composite structure ranging from macro-scale to nano-scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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