In this paper, a new quasi-3D sinusoidal shear deformation theory for functionally graded (FG) plates is proposed. The theory considers both shear deformation and thickness-stretching influences by a trigonometric distribution of all displacements within the thickness, and respects the stress-free boundary conditions on the upper and lower faces of the plate without employing any shear correction coefficient. The advantage of the proposed model is that it posses a smaller number of variables and governing equations than the existing quasi-3D models, but its results compare well with those of 3D and quasi-3D theories. This benefit is due to the use of undetermined integral unknowns in the displacement field of the present theory. By employing the Hamilton principle, equations of motion are obtained in the present formulation. Closed-form solutions for bending and free vibration problems are determined for simply supported plates. Numerical examples are proposed to check the accuracy of the developed theory.
In this paper, a new refined quasi-three-dimensional (3D) shear deformation theory for the bending analysis of functionally graded plate is presented. The number of unknown functions involved in this theory is only four against five or more in the case of the other shear and normal deformation theories. Due to its quasi-3D nature, the stretching effect is taken into account in the formulation of governing equations. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending response of these plates is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG plates whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. The present theory accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by a parabolic variation of displacements across the thickness, and the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The problem is solved for a plate simply supported on its edges and the Navier solution is used. The results of the present method are compared with others from the literature where a good agreement has been found. A detailed parametric study is presented to show the effect of different micromechanical models on the flexural response of a simply supported FG plates.
In this paper, a new refined hyperbolic shear deformation beam theory for the bending 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 bending 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 equilibrium equations are derived from the principle of virtual work. Navier type solution method was used to obtain displacement and stresses, 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 flexural response of a simply supported FG beams.
Taleb, Ouahiba;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bessaim, Aicha;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.4
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pp.369-383
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2018
In this work, a novel hyperbolic shear deformation theory is developed for free vibration analysis of the simply supported functionally graded plates in thermal environment and the FGM having temperature dependent material properties. This theory has only four unknowns, which is even less than the other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, without the shear correction factor. The present one has a new displacement field which introduces undetermined integral variables. Equations of motion are obtained by utilizing the Hamilton's principles and solved via Navier's procedure. The convergence and the validation of the proposed theoretical model are performed to demonstrate the efficacy of the model.
In this research work, a simple and accurate hyperbolic plate theory for the buckling analysis of functionally graded sandwich plates is presented. The main interest of this theory is that, in addition to incorporating the thickness stretching effect (${\varepsilon}_z{\not=}0$), the displacement field is composed only of 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT), instead of 6 like in the well-known "higher order shear and normal deformation theories". Thus, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. Governing equations are obtained by employing the principle of minimum total potential energy. Comparison studies are performed to verify the validity of present results. A numerical investigation has been conducted considering and neglecting the thickness stretching effects on the buckling of sandwich plates with functionally graded skins. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the buckling response of sandwich plates with functionally graded skins.
In this paper, we study the Carbon/Glass hybrid laminated composite plates, where the buckling behavior is examined using an accurate and simple refined higher order shear deformation theory. This theory takes account the shear effect, where shear deformation and shear stresses will be considered in determination of critical buckling load under different boundary conditions. The most interesting feature of this new kind of hybrid laminated composite plates is that the possibility of varying components percentages, which allows us for a variety of plates with different materials combinations in order to overcome the most difficult obstacles faced in traditional laminated composite plates like (cost and strength). Numerical results of the present study are compared with three-dimensional elasticity solutions and results of the first-order and the other higher-order theories issue from the literature. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the buckling behavior of hybrid laminated composite plates and allows to industrials the possibility to adjust the component of this new kind of plates in the most efficient way (reducing time and cost) according to their specific needs.
The pointwise equilibrium polynomial (PEP) element considering local second-order effect has been widely used in direct analysis of many practical engineering structures. However, it was derived according to Euler-Bernoulli beam theory and therefore it cannot consider shear deformation, which may lead to inaccurate prediction for deep beams. In this paper, a novel beam-column element based on Timoshenko beam theory is proposed to overcome the drawback of PEP element. A fifth-order polynomial is adopted for the lateral deflection of the proposed element, while a quadric shear strain field based on equilibrium equation is assumed for transverse shear deformation. Further, an additional quadric function is adopted in this new element to account for member initial geometrical imperfection. In conjunction with a reliable and effective three-dimensional (3D) co-rotational technique, the proposed element can consider both member initial imperfection and transverse shear deformation for second-order direct analysis of frame structures. Some benchmark problems are provided to demonstrate the accuracy and high performance of the proposed element. The significant adverse influence on structural behaviors due to shear deformation and initial imperfection is also discussed.
In this paper, a new displacement based high-order shear deformation theory is introduced for the static response of functionally graded sandwich plate with new definition of porosity distribution taking into account composition and the scheme of the sandwich plate. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, has strong similarity with classical plate theory in many aspects, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Material properties of FGM layers are assumed to vary continuously across the plate thickness according to either power-law or sigmoid function in terms of the volume fractions of the constituents. The face layers are considered to be FG across each face thickness while the core is made of a ceramic homogeneous layer. Governing equations are derived from the principle of virtual displacements. The closed-form solution of a simply supported rectangular plate subjected to sinusoidal loading has been obtained by using the Navier method. Numerical results are presented to show the effect of the material distribution, the sandwich plate geometry and the porosity on the deflections and stresses of FG sandwich plates. The validity of the present theory is investigated by comparing some of the present results with other published results.
In this paper, an analytical procedure based on the perturbation technique is presented to study the free vibrations of annular viscoelastic plates by considering the first order shear deformation theory as the displacement field. The viscoelastic properties obey the standard linear solid model. The equations of motion are extracted for small deflection assumption using the Hamilton's principle. These equations which are a system of partial differential equations with variable coefficients are solved analytically with the perturbation technique. By using a new variable change, the governing equations are converted to equations with constant coefficients which have the analytical solution and they are appropriate especially to study the sensitivity analysis. Also the natural frequencies are calculated using the classical plate theory and finite elements method. A parametric study is performed and the effects of geometry, material and boundary conditions are investigated on the vibrational behavior of the plate. The results show that the first order shear deformation theory results is more closer than to the finite elements with respect to the classical plate theory for viscoelastic plate. The more results are summarized in conclusion section.
Sadoune, Mohamed;Tounsi, Abdelouahed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Adda Bedia, El Abbes
Steel and Composite Structures
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v.17
no.3
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pp.321-338
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2014
In the present study, a new simple first-order shear deformation theory is presented for laminated composite plates. Moreover, the number of unknowns of this theory is the least one comparing with the traditional first-order and the other higher-order shear deformation theories. Equations of motion and boundary conditions are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions of simply supported antisymmetric cross-ply and angle-ply laminates are obtained and the results are compared with the exact three-dimensional (3D) solutions and those predicted by existing theories. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the static bending and free vibration behaviors of laminated composite plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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