This study deals with the nonlinear static analysis of functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) truncated conical shells subjected to axial load based on the classical shell theory. Detailed studies for both nonlinear buckling and post-buckling behavior of truncated conical shells. The truncated conical shells are reinforced by single-walled carbon nanotubes which alter according to linear functions of the shell thickness. The nonlinear equations are solved by both the Airy stress function and Galerkin method based on the classical shell theory. In numerical results, the influences of various types of distribution and volume fractions of carbon nanotubes, geometrical parameters, elastic foundations on the nonlinear buckling and post-buckling behavior of FG-CNTRC truncated conical shells are presented. The proposed results are validated by comparing with other authors.
Steel conical shells have long been used in various parts of different structures. Sensitivity to the initial geometrical imperfection has been one of the most significant issues on the stability of these structures, which has made them highly vulnerable to the buckling. Most attention has been devoted to structures under normal fabrication related imperfections. Notwithstanding, the challenges of large local imperfections - presented herein as dent-shaped imperfections - have not been a focus yet for these structures. This study aims to provide experimental data on the effect of such imperfections on the buckling capacity of these shells under axial compression. The results show changes in the buckling mode and the capacity for such damaged thin specimens as is outlined in this paper, with an average overall capacity reduction of 11%.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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v.35
no.6
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pp.765-777
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2020
In the context of classic conical shell formulation, nonlinear forced vibration analysis of truncated conical shells and annular plates made of multi-scale epoxy/CNT/fiberglass composites has been presented. The composite material is reinforced by carbon nanotube (CNT) and also fiberglass for which the material properties are defined according to a 3D Mori-Tanaka micromechanical scheme. By utilizing the Jacobi elliptic functions, the frequency-deflection curves of truncated conical shells and annular plates related to their forced vibrations have been derived. The main focus is to study the influences of CNT amount, fiberglass volume, open angle, fiber angle, truncated distance and force magnitude on forced vibrational behaviors of multi-scale truncated conical shells and annular plates.
This paper deals with multiobjective optimization of symmetrically laminated composite truncated circular conical shells subjected to external uniform pressure load and thermal load. The design objective is the maximization of the weighted sum of the critical buckling load and fundamental frequency. The design variable is the fibre orientations in the layers. The performance index is formulated as the weighted sum of individual objectives in order to obtain optimal solutions of the design problem. The first-order shear deformation theory (FSDT) is used in the mathematical formulation of laminated truncated conical shells. Finally, the effect of different weighting factors, length-to-radius ratio, semi-cone angle and boundary conditions on the optimal design is investigated and the results are compared.
In recent years, composite materials have been used in civil engineering as well as architecture, automobile, aerospace, shipping industries. Composite materials are composed of two or more different materials to produce desirable properties for structural strength. The shell structures have the advantage of more efficient load resistance due to its curved shape as compared to the plate structures. And the shell structures with composite materials have many advantages in strength, corrosion resistance, and weight reduction. The objective of this study is to analyze circular conical shells with shear deformation effects and to prove the advantage of composite materials. To solve differential equations of conical shells, this paper used finite difference method.
Shell structures have become critical in the design of pressure vessels, submarine hulls, ship hulls, airplane structures, concrete roofs, containers for liquids, and many other structures. This study presented the feature of the free vibration of anisotropic laminated conical shells according to transverse shear deformation effects. Composite materials are composed of two or more different materials in order to produce desirable properties for structural strength. Since their behavior is very complex, it is almost impossible to solve the analytical solutions. This effects of subtended and vertex angles and other geometric parameters on vibration were investigated in a comprehensive parametric study. Selected vibration mode shapes were illustrated, to enable the physical understanding of vibration of laminated composite conical shells.
This paper presents a semi-analytical solution for the creep analysis and life assessment of 304L austenitic stainless steel thick truncated conical shells using multilayered method based on the first order shear deformation theory (FSDT). The cone is subjected to the non-uniform internal pressure and temperature gradient. Damages are obtained in thick truncated conical shell using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The creep response of the material is described by Norton's law. In the multilayer method, the truncated cone is divided into n homogeneous disks, and n sets of differential equations with constant coefficients. This set of equations is solved analytically by applying boundary and continuity conditions between the layers. The results obtained analytically have been compared with the numerical results of the finite element method. The results show that the multilayered method based on FSDT has an acceptable amount of accuracy when one wants to obtain radial displacement, radial, circumferential and shear stresses. It is shown that non-uniform pressure has significant influences on the creep damages and remaining life of the truncated cone.
Naderi, Ali-Asghar;Rahimi, Gholam-Hossein;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.16
no.4
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pp.375-387
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2014
The purpose of this paper is to propose a method for evaluation of varying stiffness coefficients of tailored conical shells (TCS). Furthermore, a comparison between buckling loads of these shells under axial load with the different fiber path is performed. A circular truncated conical shell subjected to axial compression is taken into account. Three different theoretical path containing geodesic path, constant curvature path and constant angle path has been considered to describe the angle variation along the cone length, along cone generator of a conical shell are offered. In the TCS with the arbitrary fiber path, the thickness and the ply orientation are assumed to be functions of the shell coordinates and influencing stiffness coefficients of the structure. The stiffness coefficients and the buckling loads of shells are calculated basing on classical shells theory (CST) and using finite-element analysis (FEA) software. The obtained results for TCS with arbitrary fiber path, thickness and ply orientation are derived as functions of shell longitudinal coordinate and influencing stiffness coefficients of structures. Furthermore, the buckling loads based on fiber path and ply orientation at the start of tailored fiber get to be different. The extent of difference for tailored fiber with start angle lower than 20 degrees is not significant. The results in this paper show that using tailored fiber placement could be applied for producing conical shells in order to have greater buckling strengths and lower weight. This work demonstrates the use of fiber path definitions for calculated stiffness coefficients and buckling loads of conical shells.
The buckling analysis is presented for non-homogeneous (NH) orthotropic truncated conical shells subjected to combined loading of axial compression and external pressure. The governing equations have been obtained for the non-homogeneous orthotropic truncated conical shell, the material properties of which vary continuously in the thickness direction. By applying Superposition and Galerkin methods to the governing equations, the expressions for critical loads (axial, lateral, hydrostatic and combined) of non-homogeneous orthotropic truncated conical shells with simply supported boundary conditions are obtained. The results are verified by comparing the obtained values with those in the existing literature. Finally, the effects of non-homogeneity, material orthotropy, cone semi-vertex angle and other geometrical parameters on the values of the critical combined load have been studied.
Sofiyev, Abdullah H.;Zerin, Zihni;Allahverdiev, Bilender P.;Hui, David;Turan, Ferruh;Erdem, Hakan
Steel and Composite Structures
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v.25
no.5
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pp.581-591
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2017
The dynamic instability of truncated conical shells subjected to dynamic axial load within first order shear deformation theory (FSDT) is examined. The conical shell is made from functionally graded (FG) orthotropic material. In the formulation of problem a dynamic version of Donnell's shell theory is used. The equations are converted to a Mathieu-Hill type differential equation employing Galerkin's method. The boundaries of main instability zones are found applying the method proposed by Bolotin. To verify these results, the results of other studies in the literature were compared. The influences of material gradient, orthotropy, as well as changing the geometric dimensions on the borders of the main areas of the instability are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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