This paper deals with predicting comparable mechanical properties of laminated composite plates. The stiffness of an equivalent anisotropic composite plate is derived based on classical lamination theory. A novel failure criterion is defined to describe the failure behaviour of laminated composite plates based on micro-mechanics failure criteria. Finally, the theory's validation of finite element analysis results was verified. We concluded that this theory is very suitable for failure analysis of laminated composite plates for aerospace applications due to their relative simplicity and computational efficiency.
To investigate the flexural stiffness of the steel-composite beam, the contributions of the concrete slab and steel beam to the stiffness were considered separately. The method for flexural stiffness of the composite beam, considering the stiffness of the concrete slab and steel beam, was proposed in this paper. In addition, finite element models of the composite beams were established and validated. Parametric analyses were carried out to study the effects of different parameters on the neutral axis distance reduction factors of the concrete slab and steel beam. Afterward, the neutral axis distance reduction factors were fitted, and the stiffness combination coefficients of the two parts were solved. Based on the stiffness combination coefficients, the flexural stiffness of the composite beam can be obtained. The proposed method was validated by the tested and analyzed results. The method has a simple form and high accuracy in predicting the flexural stiffness of the steel-concrete composite beam, even though the degree of shear connection is less than 0.5.
Spavier, Patricia T.S.;Kataoka, Marcela N.;El Debs, Ana Lucia H.C.
Computers and Concrete
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v.28
no.5
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pp.497-506
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2021
Steel-concrete composite structures and precast concrete elements have a common prefabrication process and allow fast construction. The use of hollow-core slabs associated with composite floors can be advantageous. However, there are few studies on the subject, impeding the application of such systems. In this paper, a numerical model representing the considered system using the FE (finite element)-based software DIANA is developed. The results of an experimental test were also presented in Souza (2016) and were used to validate the model. Comparisons between the numerical and test results were performed in terms of the load versus displacement, load versus slip, and load versus strain curves, showing satisfactory agreement. In addition, a wide parametric study was performed, evaluating the influence of several parameters on the behaviour of the composite system: The strength of the steel beam, thickness of the web, thickness and width of the bottom flange of the steel beam and concrete cover thickness on top of the beam. The results indicated a great influence of the steel strength and the thickness of the bottom flange of the steel beam on the capacity of the composite floor. The remaining parameters had limited influences on the results.
In this paper, a Taguchi-based finite element method (FEM) has been proposed and implemented to assess optimal design parameters for minimum static deflection in laminated composite plate. An orthodox mathematical model (based on higher-order shear deformation plate theory and Green-Lagrange geometrical nonlinearity) has been used to compute the nonlinear central deflection values of laminated composite plates according to Taguchi design of experiment via a self-developed MATLAB computer code. The lay-up scheme, aspect ratio, thickness ratio and the support conditions of the laminated composite plate structure were designated as the governable design parameters. Analysis of variance (ANOVA) is used to investigate the effect of diverse control factors on the nonlinear static responses. Moreover, regression model is developed for predicting the desired responses. The ANOVA revealed that the lay-up scheme alongside the support condition plays vital role in minimizing the central deflection values of laminated composite plate under uniformly distributed load. The conformity test results of Taguchi analysis are also in good agreement with the numerical experimentation results.
Numerical analysis of large amplitude free vibration behaviour of laminated composite spherical shell panel embedded with the piezoelectric layer is presented in this article. For the investigation purpose, a general nonlinear mathematical model has been developed using higher order shear deformation mid-plane kinematics and Green-Lagrange nonlinearity. In addition, all the nonlinear higher order terms are included in the present mathematical model to achieve any general case. The nonlinear governing equation of freely vibrated shell panel is obtained using Hamilton's principle and discretised using isoparametric finite element steps. The desired nonlinear solutions are computed numerically through a direct iterative method. The validity of present nonlinear model has been checked by comparing the responses to those available published literature. In order to examine the efficacy and applicability of the present developed model, few numerical examples are solved for different geometrical parameters (fibre orientation, thickness ratio, aspect ratio, curvature ratio, support conditions and amplitude ratio) with and/or without piezo embedded layers and discussed in details.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.5
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pp.83-89
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1999
A seat frame structure in automotive vehicles made of polymer matrix composite to achieve weight reduction at low cost was developed. In order to design and manufacture the actual product studies on material selection and structural analysis were performed. Structural analysis was performed with a finite element method. The analysis was done for several cases suggested in various safety regulations. Each results was utilized to modify the actual shape to obtain a lighter, safer and more stable design. The final design was used to produce a sample bottom plate of the seat structure with reinforced by X-shape frame. Substitution of the material resulted in a weight reduction effect with equivalent strength fatigue and impact characteristics.
In this study, a simplified approach to modeling the dynamic characteristics of passive constrained layer damping treatments in finite element models is presented. The basic concept is to represent multi-layered composite structures using an equivalent single layer. The equivalent properties are obtained by using the RKU (Ross, Kerwin and Ungar) equations. Comparisons are given between results obtained by the dynamic analysis of the simple models implemented in MSC/NASTRAN and by test measurements. Surface damping treatments are applied to automotive panels as well as simple structures. Using the proposed equivalent modeling technique, higher computational efficiency for the damped composite structures has been obtained.
The transient analysis of partially supported laminated plates with rectangular holes under uniformly distributed transverse load is studied using finite element method. The first-order shear deformation theory and the variational energy method are employed in mathematical formulation. The effects on central deflection by plate thickness ratio, material modulus ratio, ply lamination geometry and boundary conditions are investigated Numerical results are presented and comparisons of the results by the present method with those given in the literature are made.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.11
no.2
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pp.59-64
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2002
This paper presets experimental and analytical studies of ultimate strength of [$[30_2/-30_2/90]_S$ carbon/epoxy laminates with free-edge delamination under uniaxial tension. We performed tensile teat far laminates with Telflon inserted on interfaces to simulate initial free-edge delamination, The experiment reveals that extensional stiffness of the laminate decreases by the initiation of the delamination, and that strength of the laminate without delamination is smaller than that of the laminates with delamination. Generalized quasi-three delamination finite element analysis, which employs energy release rate and maximum stress criteria, predicts the ultimate strength of the laminates with sufficient accuracy.
Uncertainty in concrete properties, including concrete modulus of elasticity and modulus of rupture, are predicted by developing a microstructural homogenization model. The homogenization model is developed by analyzing a concrete representative volume element (RVE) using the finite element (FE) method. The concrete RVE considers concrete as a three phase composite material including: cement paste, aggregate and interfacial transition zone (ITZ). The homogenization model allows for considering two sources of variability in concrete, randomly dispersed aggregates in the concrete matrix and uncertain mechanical properties of composite phases of concrete. Using the proposed homogenization technique, the uncertainty in concrete modulus of elasticity and modulus of rupture (described by numerical cumulative probability density function) are determined. Deflection uncertainty of reinforced concrete (RC) beams, propagated from uncertainties in concrete properties, is quantified using Monte Carlo (MC) simulation. Cracked plane frame analysis is used to account for tension stiffening in concrete. Concrete homogenization enables a unique opportunity to bridge the gap between concrete materials and structural modeling, which is necessary for realistic serviceability prediction.
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