In this study, a problem formulation and solution for design optimization of laminate composite cylindrical beam section is presented. The objective of this research is to determine the optimal dimension of the laminated composite cylindrical beam sections which has the equivalent flexural rigidities to those of the steel cylindrical beam sections. The analytical model is based on the laminate theory and accounts for the material coupling for arbitrary laminate stacking sequence configuration. The outer diameter and thickness of the beam are design variables. The solutions described are found using a global search algorithm, Genetic Algorithms (GA).
본 연구에서는 휠체어의 경량화를 위해 기존의 강관으로 제작된 휠체어를 피로파괴 및 손상에 강하고 방진 특성이 우수하며 유지 및 보수가 용이한 복합재료 중공빔으로 구성된 복합재료 휠체어로 대체하기 위하여 복합재료 중공빔 이론과 유전자 알고리즘을 적용하여 최적화된 등가 강성을 가지는 복합재료 중공빔의 최적의 단면 치수를 제시하였다. 제시한 최적의 단면치수를 가지는 복합재료 중공빔으로 구성된 휠체어 전체 구조에 Tsai-Wu 파손이론을 이용해 과하중이 가해지는 경우에 대하여 구조해석을 수행한 결과, 휠체어의 파손 유무를 나타내는 Makimum Tsai-Wu Failure Criteria Index가 파손이 발생하는 1.00보다 현저히 낮은 $0.192\times10^{-3}$을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또한 기존의 강관을 동일한 강성을 가지는 복합재료 증공빔으로 대체하였을 경우 중공빔 중량을 최대 45%감소하는 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 원통형 복합재 격자구조체의 구조안전성 평가 기법에 대해 연구를 수행하였다. 구조안전성 평가는 유한요소해석을 통해 수행하였다. 구조안전성 평가를 위한 최적의 유한요소를 확인하기 위해 원통형 복합재 격자구조체 유한요소모델은 빔, 쉘 그리고 솔리드 요소를 사용해 생성하였다. 쉘과 솔리드 모델의 유한요소 해석결과는 서로 유사하게 발생되었다. 그러나 빔 모델의 경우, 쉘과 솔리드 모델의 결과와 큰 차이가 발생하였다. 이것은 빔 요소가 원통형 복합재 격자구조체 섬유 비교차부의 기계적 물성저하를 고려하지 못하기 때문이다. 원통형 복합재 격자구조체의 구조안전성 평가를 위한 유한요소해석은 쉘 또는 솔리드 요소를 사용해야 하는 것을 확인하였다.
Based on the full layerwise displacement shell theory, vibration and damping characteristics of cylindrical sandwich panels are investigated. The transverse shear deformation and the normal strain are fully taken into account for structural damping modelling. Modal damping factors and frequency response functions are analyzed for various structural parameters of cylindrical sandwich beams. Present results shows that full layerwise theory can accurately predict vibration and damping characteristics of cylindrical composite panels with surface damping treatments and constrained layer damping. The viscoelastic materials depending on elevated temperature environment and exciting frequencies can be fully considered.
In this paper, the dynamic characteristics of a composite cylindrical beam made of a mechanism of carbon dioxide absorption coated on the tube core are investigated based on the classical beam theory coupled with the modified couple stress theory. The composite tube structures are assumed to be uniform along the tube length, and the energy method regarding the Hamilton principle is utilized for generating the governing equations. A powerful numerical solution, the generalized differential quadrature method (GDQM), is employed to solve the differential equations. The carbon dioxide trapping mechanism is a composite consisting of a polyacrylonitrile substrate and a cross-link polydimethylsiloxane gutter layer. Methacrylate, poly (ethylene glycol), methyl ether methacrylate, and three pedant methacrylates are all taken into account as potential mechanisms for capturing carbon dioxide. The application of the present study is helpful in the design and production of microelectromechanical systems (MEMS) and the different valuable parameters, such as the length-scale parameter, rate of section change, aspect ratio, etc., are presented in detail.
Classical and first-order nonlocal beam theory are employed in this study to assess the thermal buckling performance of a small-scale conical, cylindrical beam. The beam is constructed from functionally graded (FG) porosity-dependent material and operates under the thermal conditions of the environment. Imperfections within the non-uniform beam vary along both the radius and length direction, with continuous changes in thickness throughout its length. The resulting structure is functionally graded in both radial and axial directions, forming a bi-directional configuration. Utilizing the energy method, governing equations are derived to analyze the thermal stability and buckling characteristics of a nanobeam across different beam theories. Subsequently, the extracted partial differential equations (PDE) are numerically solved using the generalized differential quadratic method (GDQM), providing a comprehensive exploration of the thermal behavior of the system. The detailed discussion of the produced results is based on various applied effective parameters, with a focus on the potential application of nanotubes in enhancing sports bikes performance.
In this paper, forced vibration of micro cylindrical shell reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs) is presented. The structure is subjected to transverse harmonic load and modeled by beam model. The size effects are considered based on strain gradient theory containing three small scale parameters. The mixture rule is used for obtaining the effective material properties of the structure. Based on sinusoidal shear deformation theory of beam, energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying differential quadrature method (DQM) and Newmark method, the frequency curves of the structure are plotted. The effect of different parameters including, CNTs volume percent and distribution type, boundary conditions, size effect and length to thickness ratio on the frequency curves of the structure is studied. Numerical results indicate that the dynamic deflection of the FGX-CNT-reinforced cylindrical is lower with respect to other type of CNT distribution.
The primary objective of this study is to examine the influence of geometry on the stability characteristics of cylindrical microstructures. This investigation entails a stability analysis of a bi-directional functionally graded (BD-FG) cylindrical imperfect concrete beam, focusing on the impact of geometry. Both the first-order shear deformation beam theory and the modified coupled stress theory are employed to explore the buckling and dynamic behaviors of the structure. The cylinder-shaped imperfect beam is constructed using a porosity-dependent functionally graded (FG) concrete material, wherein diverse porosity voids and material distributions are incorporated along the radial axis of the beam. The radius functions are considered in both uniform and nonuniform variations, reflecting their alterations along the length of the beam. The combination of these characteristics leads to the creation of BD-FG configurations. In order to enable the assessment of stability using energy principles, a numerical technique is utilized to formulate the equations for partial derivatives (PDEs).
The free vibration analysis and design optimization of the rotating composite cylindrical shells with a rectangular cutout are investigated by theoretical method. The Love's thin shell theory is used to derive the frequency equation. The theoretical results are obtained by application of the energy method employing the Rayleigh-Ritz procedure. The used circumferential vibration modes are trigonometric functions, the axial modes are the beam modal functions chosen to satisfy the prescribed boundary conditions. To check the validity, the theoretical results are compared with experimental, FEM and other theoretical results.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.359-364
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1998
The effects of boundary conditions on natural frequencies for the ring stiffened composite cylindrical shells are investigated by theoretical method. The Love's thin shell theory and the discrete stiffener theory with beam functions in the Ritz procedure are used to derive the frequency equation. Five different boundary conditions such as clamped-clamped, simply supported-simply supported, free-free, clamped-free, clamped-simply supported are considered in this study. Also, the experimental investigation is presented to validate the theoretical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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