Sufficient Conditions are proposed herein for analytically obtaining fully orthotropic (A16=A26=0, Bij=0, D16=D26=0) laminate stacking sequences together with a brief literature survey. A number of specially chosen anti-symmetric balanced stacking sequences are analytically studied, in which all coupling stiffnesses including B16 and B26 are identically zero. Those specially chosen anti-symmetric balanced stacking sequences are then arranged symmetrically with respect to the laminate mid-plane to obtain a number of symmetric stacking balanced stacking sequences of which the elastic stiffnesses are fully orthotropic.
This paper deals with the effect of ply orientation and control gain on tip transverse displacement of functionally graded beam layer for both active constrained layer damping (ACLD) and passive constrained layer damping (PCLD) system. The functionally graded beam is taken as host beam with a bonded viscoelastic layer in ACLD beam system. Piezoelectric fiber reinforced composite (PFRC) laminate is a constraining layer which acts as actuator through the velocity feedback control system. A finite element model has been developed to study actuation of the smart beam system. Fractional order derivative constitutive model is used for the viscoelastic constitutive equation. The control voltage required for ACLD treatment for various symmetric ply stacking sequences is highest in case of longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate over other ply stacking sequences. Performance of symmetric and anti-symmetric ply laminates on damping characteristics has been investigated for smart beam system using time and frequency response plots. Symmetric and anti-symmetric ply laminates significantly reduce the amplitude of the vibration over the longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate. The analysis reveals that the PFRC laminate can be used effectively for developing very light weight smart structures.
In this paper, static and vibration analysis for anti-symmetric cross-ply and angle- ply carbon/glass hybrid laminates rectangular composite plate are presented. In this analysis, the equations of motion for simply supported thick laminated hybrid rectangular plates are derived and obtained through the use of Hamilton's principle. The closed-form solutions of anti-symmetric cross-ply and angle- ply laminates are obtained using Navier solution. The effects of side-to-thickness ratio, aspect ratio, and lamination schemes on the fundamental frequencies loads are investigated. The study concludes that shear deformation laminate theories accurately predict the behavior of composite laminates, whereas the classical laminate theory over predicts natural frequencies. The excellent accuracy of the present analytical solution is confirmed by making some comparisons of the present results with those available in the literature. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the free vibration behaviors of anti-symmetric cross-ply and angle- ply hybrid laminated composite plates.
In the present study, the combined effects of thermal and mechanical loadings on the interlaminar shear stresses of both moderately thin and thick composite laminated beams are numerically analyzed. The finite element modelling of laminated composite beams and analysis of interlaminar stresses are performed using the commercially available software package MSC NASTRAN/PATRAN. The validity of the finite element analysis (FEA) is demonstrated by comparing the experimental test results obtained due to mechanical loadings under the influence of thermal environment with those derived using the present FEA. Various parametric studies are also performed to investigate the effect of thermal loading on interlaminar stresses generated in symmetric, anti-symmetric, asymmetric, unidirectional, cross-ply, and balanced composite laminated beams of different stacking sequences with identical mechanical loadings and various boundary conditions. It is shown that the elevated thermal environment lead to higher interlaminar shear stresses varying with the stacking sequence, length to thickness ratio, ply orientations under identical mechanical loading and boundary conditions of the composite laminated beams. It is realized that the magnitude of the interlaminar stresses along xz plane is always much higher than those of along yz plane irrespective of the ply-orientation, length to thickness ratios and boundary conditions of the composite laminated beams. It is also observed that the effect of thermal environment on the interlaminar shear stresses in carbon-epoxy fiber reinforced composite laminated beams are increasing in the order of symmetric cross-ply laminate, unidirectional laminate, asymmetric cross-ply laminate and anti-symmetric laminate. The interlaminar shear stresses are higher in thinner composite laminated beams compared to that in thicker composite laminated beams under all environmental temperatures irrespective of the laminate stacking sequence, ply-orientation and boundary conditions.
A general analytical model for thin-walled composite beams with an arbitrary open/(or/and) closed cross section and arbitrary laminate stacking sequence i.e., symmetric, anti-symmetric as well as un-symmetric with respect to the mid plane of the laminate, is developed in the first paper. All the mechanical properties, mechanical centre of gravity and mechanical shear centre of the cross section are defined in the function of the geometry and the material properties of the section. A program "fungen" and "clprop" are developed in Fortran to compute all the mechanical properties and tested for various isotropic sections first and compared with the available results. The locations of mechanical centre of gravity and mechanical shear centre are given with respect to the fibre angle variation in composite beams. Variations of bending and torsional stiffness are shown to vary with respect to the fibre angle orientations.
The scaling laws for vibration response of anti-symmetrically laminated plates are derived by applying the similitude transformation to the governing differential equations directly. With this approach, a closed-form solution of the governing equations is not required. This is a significant advantage over the method employed by other researchers where similitude transformation is applied to the closed-form solution. The scaling laws are tested by comparing the similitude fundamental frequencies to the theoretical fundamental frequencies determined from the available closed-form solutions. In case of complete similitude, similitude solutions from the scaling laws exactly agree with the theoretical solutions. Sometimes, it may not be feasible to select the model which obeys the similarity requirement completely, therefore partial similitude is theoretically investigated and approximate scaling laws are recommended. The distorted models in stacking sequences and laminated material properties demonstrate reasonable accuracy. On the contrary, a model with distortion in fiber angle is not recommended. The derived scaling laws are very useful to determine the vibration response of complex prototypes by performing the experiment on a model with required similarities.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.867-869
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2004
A smart blade conception has been proposed by the authors. With stretching-twisting coupling effect, the blade is twisted by centrifugal load or ambient temperature change. In this paper, the blades, made by three kinds of anti-symmetric laminates, are investigated by rotational tests. The results show the angle of smart blade tips increases in proportion to the 2nd power of a rotating speed and is well in agreement with the numerical results by FEM.
H. Mataich;A. El Amrani;J. El Mekkaoui;B. El Amrani
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.391-401
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2024
The present study focuses on the effect of extension-bending coupling on the elastic stability (buckling) of laminated composite plates. These plates will be loaded under uni-axial or bi-axial in-plane mechanical loads, especially in the orthotropic or anti-symmetric cross-angle cases. The main objective is to find a limit where we can approximate the elastic stability behavior of angularly crossed anti-symmetric plates by the simple behavior of specially orthotropic plates. The contribution of my present study is to predict the explicit effect of extension-flexion coupling on the elastic stability of this type of panel. Critically, a parametric study is carried out, involving the search for the critical buckling load as a function of deformation mode, aspect ratio, plate anisotropy ratio and finally the study of the effect of lamination angle and number of layers on the contribution of extension-flexure coupling in terms of plate buckling stability. We use first-order shear deformation theory (FSDT) with a correction factor of 5/6. Simply supported conditions along the four boundaries are adopted where we can develop closed-form analytical solutions obtained by a Navier development.
Park, Je-Sun;Lee, Jung-Ho;Hong, Chang-Woo;Lee, Joo-Hyung
Journal of Industrial Technology
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v.19
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pp.227-233
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1999
Simple equations which can predict "exact" values of the natural frequency of vibration for the special orthotropic laminates are presented. Many laminates with certain orientations have decreasing values of $B_{16}$ and $B_{26}$ as the number of plies increases. Such laminates, with $D_{16}=D_{26}{\rightarrow}0$, including the laminates with anti-symmetric configurations can be solved by the same equation for the special orthotropic laminates. If the quasi-isotropic constants are used, the equations for the isotropic plates can be used. Use of some coefficients cab produce "exact" value for laminates with such configurations. Natural frequencies of the plate with varying aspect ratios is presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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