Bi-stable structure can be stable in both its extended and coiled forms. For the un-stressed thin cylindrical shell, the strain energy expressions are deduced by using a theoretical model in terms of only two parameters. Based on the principle of minimum potential energy, the bi-stable behaviors of the cylindrical shells are investigated. The results indicate that the isotropic cylindrical shell does not have the second stable configuration and laminated cylindrical shells with symmetric or antisymmetric layup of fibers have the second stable state under some confined conditions. In the case of antisymmetric laminated cylindrical shell, the analytical expressions of the stability are derived based on the extremal principle, and the shell can achieve a compact coiled configuration without twist deformation in its second stable state. In the case of symmetric laminated cylindrical shell, the explicit solutions for the stability conditions cannot be deduced. Numerical results show that stable configuration of symmetric shell is difficult to achieve and symmetric shell has twist deformation in its second stable form. In addition, the roll-up radii of the antisymmetric laminated cylindrical shells are calculated using the finite element package ABAQUS. The results show that the value of the roll-up radii is larger from FE simulation than from theoretical analysis. By and large, the predicted roll-up radii of the cylindrical shells using ABAQUS agree well with the theoretical results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.911-916
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2003
A method for the dynamic analysis of thin-walled cylindrical shell conveying steady fluid flow presents. The dynamics of thin-walled shell is based on Sanders' theory and the fluid flow in cylindrical shell is treated inviscid, incompressible fluid. A dynamic coupling conditions at fluid-structure interface is used. The equations of motion are solved by a finite element method and validated by comparing the natural frequency with other published results and Nastran. The influence of fluid velocity on the frequency response function is illustrated and discussed.
The impact behaviour and the impact-induced damage in laminated composite cylindrical shell subjected to transverse impact by a foreign object are studied using three-dimensional non-linear transient dynamic finite element formulation. A layered version of 20 noded hexahedral element incorporating geometrical non-linearity is developed based on total Langragian approach. Non-linear system of equations resulting from non-linear strain displacement relation and non-linear contact loading are solved using Newton-Raphson incremental-iterative method. Some example problems of graphite/epoxy cylindrical shell panels are considered with variation of impactor and laminate parameters and influence of geometrical non-linear effect on the impact response and the resulting damage is investigated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.1
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pp.7-15
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2021
Buckling of cylindrical structures has been extensively researched, because it is an important phenomenon to be considered in structural design. However, the evaluation of thermal effects on the buckling of cylindrical structures has been insufficient; therefore, this study evaluates this thermal effect using shell elements. In addition, the thermal effect on the buckling of temperature-dependent nonlinear materials was evaluated. Nonlinear and linear buckling analyses were performed using the arc-length method to investigate the behavioral characteristics of a cylindrical structure. The basic theory of the linear buckling analysis of a cylindrical structure subjected to thermal stress was derived and presented by applying the thermal stress basic theory.
In this paper, evaluation method of structural integrity of cylindrical composite lattice structures was conducted. A finite element analysis was used to evaluate the structural integrity of composite lattice structures. In order to verify the optimal finite element in the evaluation of the structural integrity, finite element models for cylindrical composite lattice structure were generated using beam, shell and solid elements. The results of the finite element analyses with the shell and solid element models showed a good agreement. However, considerable differences were found between the beam element model and the shell and solid models. This occurred because the beam element does not take into account the degradation of the mechanical properties of the non-intersection parts of cylindrical composite lattice structures. It was found that the finite element analysis of evaluation of structural integrity for cylindrical composite lattice structures have to use solid element.
The linearized buckling problem is considered for an isotropic clamped-clamped cylindrical shell with an oblique end. A theoretical solution based on the Budiansky shell theory is developed, and numerical results are determined using the differential quadrature method. In formulating the solutions, the surface of the shell is developed onto a plane, and the resulting irregular domain is then mapped, using blending functions, onto a square parent domain. The analysis is carried out in the parent domain. Convergence, validation, and parametric studies are conducted for a uniform external pressure loading. Results determined are compared with finite element results. The paper ends with an appropriate set of conclusions.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.2
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pp.47-54
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2012
In this study, composite laminate cantilever type cylindrical shells with edge-stiffeners are analyzed. A versatile 4-node flat shell element which is useful for the analysis of shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. Two models by load conditions are considered. Load type A and B are loaded by point load at the free edge and line load respectively. A various parameter examples are presented to obtain proper stiffened length and stiffened thickness of edge-stiffeners. It is shown that the thickness of shell can be reduced minimum 30% by appropriate edge-stiffeners.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.12
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pp.127-134
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1997
Abstract: A technique to analyze the vibrations of internally fluid-filled, semi-infinite cylindrical shell which has strength members embedded in the shell wall under the axial static tension conditon is presented by using the characteristic wave propagation theory based on the transfer matrix calculated from the finite element matrices of a short module section, with spatial Laplace Tranform technique, and is verified by comparison with the measured results of the test performed on a real module model, and the effects of the embedded strength members on the vibrational response is calculated and discussed.
The theoretical method is developed to investigate the vibration characteristics of the combined cylindrical shells with an annular plate joined to the shell at any arbitrary axial position. The structural rotational coupling between shell and plate is simulated using the rotational artificial spring. For the translational coupling, the continuity conditions for the displacements of shell and plate are used. For the uncoupled annular plate, the transverse motion is considered and the in-plane motions are not. And the additional transverse and in-plane motions of the coupled annular plate by shell deformation are considered in analysis. Theoretical formulations are based on Love's thin shell theory. The frequency equation of the combined shell with an annular plate is derived using the Rayleigh-Ritz approach. The effect of inner-to-outer radius ratio, axial position and thickness of annular plate on vibration characteristics of combined cylindrical shells is studied. To demonstrate the validity of present theoretical method, the finite element analysis is performed.
This paper focuses on vibration analysis of functionally graded cylindrical shell submerged in an incompressible fluid. The equation is established considering axial and lateral hydrostatic pressure based on first order shear deformation theory of shell motion using the wave propagation approach and classic Fl$\ddot{u}$gge shell equations. To study accuracy of the present analysis, a comparison carried out with a known data and the finite element package ABAQUS. With this method the effects of shell parameters, m, n, h/R, L/R, different boundary conditions and different power-law exponent of material of functionally graded cylindrical shells, on the frequencies are investigated. The results obtained from the present approach show good agreement with published results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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