Press-brake bending is used to shape flat and thick plates into a targeted circular configuration without excessive localized thinning or thickening. A brake bending press called 'a knife press bending apparatus' has been widely adopted to manufacture thick, large and long pipe from initially thick plate. Submerged Arc Welded (SAW) pipes are also produced by employing press-brake bending. These pipes are mainly used for oil, natural gas and water pipelines. The principal process variables for press-brake bending can be summarized as stroke of the press-brake knife, the distance between both roll in the lower die, and the feeding length of the plate. Many combinations of these process variables are available, thus various pipe diameters can be realized. In the current study, a series of repetitive numerical simulations by feeding a thick plate with initial thickness of 25.4mm were conducted with the consideration of elastic recovery. Furthermore, an index for SAW pipe production is proposed which can be widely used in industry.
Using the Mindlin-Reissner plate theory, many quadrilateral plate bending elements have been developed so far to analyze thin and moderately thick plate problems via displacement based finite element method. Here new formulation has been made to analyze thin and moderately thick plate problems using force based finite element method called Integrated Force Method (IFM). The IFM is a novel matrix formulation developed in recent years for analyzing civil, mechanical and aerospace engineering structures. In this method all independent/internal forces are treated as unknown variables which are calculated by simultaneously imposing equations of equilibrium and compatibility conditions. In this paper the force based new bilinear quadrilateral plate bending element (MQP4) is proposed to analyze the thin and moderately thick plate bending problems using Integrated Force Method. The Mindlin-Reissner plate theory has been used in the formulation of this element which accounts the effect of shear deformation. Standard plate bending benchmark problems are analyzed using the proposed element MQP4 via Integrated Force Method to study its performance with respect to accuracy and convergence, and results are compared with those of displacement based 4-node quadrilateral plate bending finite elements available in the literature. The results are also compared with the exact solutions. The proposed element MQP4 is free from shear locking and works satisfactorily in both thin and moderately thick plate bending situations.
A new 8-node serendipity quadrilateral plate bending element (MQP8) based on the Mindlin-Reissner theory for the analysis of thin and moderately thick plate bending problems using Integrated Force Method is presented in this paper. The performance of this new element (MQP8) is studied for accuracy and convergence by analyzing many standard benchmark plate bending problems. This new element MQP8 performs excellent in both thin and moderately thick plate bending situations. And also this element is free from spurious/zero energy modes and free from shear locking problem.
In this paper, bending-stretching analysis of thick functionally graded piezoelectric rectangular plates is studied using the higher-order shear and normal deformable plate theory. On the basis of this theory, Legendre polynomials are used for approximating the components of displacement field. Also, the effects of both normal and shear deformations are encountered in the theory. The governing equations are derived using the principle of virtual work and variational approach. It is assumed that plate is made of piezoelectric materials with functionally graded distribution of material properties. Hence, exponential function is used to modify mechanical and electrical properties through the thickness of the plate. Finally, the effect of material properties, electrical boundary conditions and dimensions are investigated on the static response of plate. Also, it is shown that results of the presented model are close to the three dimensional elasticity solutions.
A system of equations is developed for the theory of bending of thick orthotropic elastic plates which takes into account the transverse shear deformability of the plate. This system of equations is of such nature that three boundary conditions can and must be prescribed along the edge of the plate, i.e. ${\omega}=0,\;M_x=0,\;M_{xy}=0\;({\omega}=0,\;M_x=0,\;M_{xy}=0)$ at simple supported edges. It can be obtained general solution that is added complementary solution ${\omega}^e$ and paticular solution ${\omega}^p$ by an assumption of solution function. In the next paper, this analytical results will be obtained for perforated thick plates.
In this study, the bending and dynamic behaviors of laminated composite plates is examined by using a refined shear deformation theory and developed for a bending analysis of orthotropic laminated composite plates under various boundary conditions. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the plate. By dividing the transverse displacement into the bending and shear parts and making further assumptions, the number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported thick laminated rectangular plates is obtained through the use of Hamilton's principle. Numerical results for the bending and dynamic behaviors of antisymmetric cross-ply laminated plate under various boundary conditions are presented. The validity of the present solution is demonstrated by comparison with solutions available in the literature. Numerical results show that the present theory can archive accuracy comparable to the existing higher order shear deformation theories that contain more number of unknowns.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Smain Bezzina;Abdelouahed Tounsi
Structural Engineering and Mechanics
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제86권3호
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pp.373-384
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2023
The main objective of this research work is to present analytical solutions for the thermoelastic bending analysis of sandwich plates made of functionally graded materials with an arbitrary gradient. The governing equations of equilibrium are solved for a functionally graded sandwich plates under the effect of thermal loads. The transverse shear and normal strain and stress effects on thermoelastic bending of such sandwich plates are considered. Field equations for functionally graded sandwich plates whose deformations are governed by either the shear deformation theories or the classical theory are derived. Displacement functions that identically satisfy boundary conditions are used to reduce the governing equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical results for deflections and stresses of functionally graded metal-ceramic plates are investigated.
Benahmed, Abdelkarim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Benyoucef, Samir;Belakhdar, Khalil;Tounsi, Abdelouahed
Geomechanics and Engineering
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제12권1호
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pp.9-34
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2017
In this work, an efficient and simple quasi-3D hyperbolic shear deformation theory is developed for bending and vibration analyses of functionally graded (FG) plates resting on two-parameter elastic foundation. The significant feature of this theory is that, in addition to including the thickness stretching effect, it deals with only 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT). The foundation is described by the Pasternak (two-parameter) model. The material properties of the plate are assumed to vary continuously in the thickness direction by a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Equations of motion for thick FG plates are obtained within the Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and free vibration analysis are obtained for simply supported plates. The numerical results are given in detail and compared with the existing works such as 3-dimensional solutions and those predicted by other plate theories. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the bending and free vibration responses of functionally graded plates resting on elastic foundation.
In this paper, a novel numerical solution technique, the differential cubature method is employed to study the buckling problems of thick plates with arbitrary quadrilateral planforms and non-uniform boundary constraints based on the first order shear deformation theory. By using this method, the governing differential equations at each discrete point are transformed into sets of linear homogeneous algebraic equations. Boundary conditions are implemented through discrete grid points by constraining displacements, bending moments and rotations of the plate. Detailed formulation and implementation of this method are presented. The buckling parameters are calculated through solving a standard eigenvalue problem by subspace iterative method. Convergence and comparison studies are carried out to verify the reliability and accuracy of the numerical solutions. The applicability, efficiency, and simplicity of the present method are demonstrated through solving several sample plate buckling problems with various mixed boundary constraints. It is shown that the differential cubature method yields comparable numerical solutions with 2.77-times less degrees of freedom than the differential quadrature element method and 2-times less degrees of freedom than the energy method. Due to the lack of published solutions for buckling of thick rectangular plates with mixed edge conditions, the present solutions may serve as benchmark values for further studies in the future.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권2호
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pp.324-345
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2015
A new procedure for determining properties of thick plate finite elements, based on the modified Mindlin theory for moderately thick plate, is presented. Bending deflection is used as a potential function for the definition of total (bending and shear) deflection and angles of cross-section rotations. As a result of the introduced interdependence among displacements, the shear locking problem, present and solved in known finite element formulations, is avoided. Natural vibration analysis of rectangular plate, utilizing the proposed four-node quadrilateral finite element, shows higher accuracy than the sophisticated finite elements incorporated in some commercial software. In addition, the relation between thick and thin finite element properties is established, and compared with those in relevant literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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