The free vibration frequency responses of the graded flat and curved (cylindrical, spherical, hyperbolic and elliptical) panel structures investigated in this research considering the rectangular and tilted planforms under unlike temperature loading. For the numerical implementation purpose, a micromechanical model is prepared with the help of Voigt's methodology via the power-law type of material model. Additionally, to incur the exact material strength, the temperature-dependent properties of each constituent of the graded structure included due to unlike thermal environment. The deformation kinematics of the rectangular/tilted graded shallow curved panel structural is modeled via higher-order type of polynomial functions. The final form of the eigenvalue equation of the heated structure obtained via Hamilton's principle and simultaneously solved numerically using finite element steps. To show the solution accuracy, a series of comparison the results are compared with the published data. Some new results are exemplified to exhibit the significance of power-law index, shallowness ratio, aspect ratio and thickness ratio on the combined thermal eigen characteristics of the regular and tilted graded panel structure.
Based on a four-variable shear deformation shell theory, the free vibration analysis of functionally graded graphene platelet-reinforced composite (FGGPRC) doubly-curved shallow shells with different boundary conditions is investigated in this work. The doubly-curved shells are composed of multi nanocomposite layers that are reinforced with graphene platelets. The graphene platelets are uniformly distributed in each individual layer. While, the volume faction of the graphene is graded from layer to other in accordance with a novel distribution law. Based on the suggested distribution law, four types of FGGPRC doubly-curved shells are studied. The present shells are assumed to be rested on elastic foundations. The material properties of each layer are calculated using a micromechanical model. Four equations of motion are deduced utilizing Hamilton's principle and then converted to an eigenvalue problem employing an analytical method. The obtained results are checked by introducing some comparison examples. A detailed parametric investigation is performed to illustrate the influences of the distribution type of volume fraction, shell curvatures, elastic foundation stiffness and boundary conditions on the vibration of FGGPRC doubly-curved shells.
In this article, the mechanical buckling analysis of simply-supported functionally graded plates is carried out using a higher shear deformation theory (HSDT) in conjunction with the stress function method. The proposed formulation is variationally consistent, does not use a shear correction factor and gives rise to a variation of transverse shear stress such that the transverse shear stresses vary parabolically through the thickness satisfying the surface conditions without stress of shear. The properties of the plate are supposed to vary across the thickness according to a simple power law variation in terms of volume fraction of the constituents of the material. Numerical results are obtained to study the influences of the power law index and the geometric ratio on the critical buckling load.
The soft clays are widely distributed, and one of the prominent engineering problems is the creep behavior. In order to predict the creep deformation of soft clays in an easier and more acceptable way, a simple creep constitutive model has been proposed in this paper. Firstly, the triaxial creep test data indicated that, the strain-time (𝜀-t) curve showing in the 𝜀-lgt space can be divided into two lines with different slopes, and the time referring to the demarcation point is named as tEOP. Thereafter, the strain increments occurred after the time tEOP are totally assumed to be the creep components, and the elastic and plastic strains had occurred before tEOP. A hyperbolic equation expressing the relationship between creep volumetric strain, stress and time is proposed, with several triaxial creep test data of soft clays verifying the applicability. Additionally, the creep flow law is suggested to be similar with the plastic flow law of the modified Cam-Clay model, and the proposed volumetric strain equation is used to deduced the scaling factor for creep strains. Therefore, a creep constitutive model is thereby established, and verified by successfully predicting the creep principal strains of triaxial specimens.
According to the data analysis of the regional fracture systems in southern Korea, the fracture orientations show three dominant sets : NNE, NW and WNW. A NNE set is the most abundant and includes most of the largest fractures. The highest fracture density is shown in the Taebaegsan mineralized area corresponding to Ogchon nonmetamorphic belt and the lowest one in the southwestern area of southern Korea. In addition, the density is higher in nonmetamorphic sedimentary rocks such as Choseon Supergroup. Pyeongan Supergroup, Daedong Supergroup and Kyeongsang Supergroup than in Precambrian basements and Jurassic granites. The regional fractures in southern Korea can be classified into four orders designated $F_1,{\;}F_2,{\;}F_3{\;}and{\;}F_4${\;}and{\;}F_4$ on the basis of their trace length. It is quite significant that fractures of each order are self-similar with respect to orientation and the combined fracture length distribution indicates a power-law distribution with an exponent of -2.04. As fractures were analyzed based on the tectonic provinces, Gyeonggj Massif and Kyeongsang Basin have all orders of fractures from $F_1$ to $F_4$. Most of the large scale faults may be ascribed to the products of slip accumulation through multiple deformation. Others besides $F_1$ fractures are thought to be evenly distributed through the whole area of southern Korea.
In the present paper, functionally graded (FG) materials are presented to investigate the bending analysis of simply supported plates. It is assumed that the material properties of the plate vary through their length according to the power-law form. The displacement field of the present model is selected based on quasi-3D hyperbolic shear deformation theory. By splitting the deflection into bending, shear and stretching parts, the number of unknowns and equations of motion of the present formulation is reduced and hence makes them simple to use. Governing equations are derived from the principle of virtual displacements. Numerical results for deflections and stresses of powerly graded plates under simply supported boundary conditions are presented. The accuracy of the present formulation is demonstrated by comparing the computed results with those available in the literature. As conclusion, this theory is as accurate as other shear deformation theories and so it becomes more attractive due to smaller number of unknowns. Some numerical results are provided to examine the effects of the material gradation, shear deformation on the static behavior of FG plates with variation of material stiffness through their length.
Elmascri, Setti;Bessaim, Aicha;Taleb, Ouahiba;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Mohamed, Sekkal;Bernard, Fabrice;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.2
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pp.193-209
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2020
This paper presents a new hyperbolic shear deformation plate theory including the stretching effect for free vibration of the simply supported functionally graded plates in thermal environments. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. This theory has only five unknowns, which is even less than the other shear and normal deformation theories. The present one has a new displacement field which introduces undetermined integral variables. Material properties are assumed to be temperature-dependent, and graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume power laws of the constituents. The equation of motion of the vibrated plate obtained via the classical Hamilton's principle and solved using Navier's steps. The accuracy of the proposed solution is checked by comparing the present results with those available in existing literature. The effects of the temperature field, volume fraction index of functionally graded material, side-to-thickness ratio on free vibration responses of the functionally graded plates are investigated. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the natural frequencies of functionally graded plates with stretching effect in thermal environments.
In this work, a high order hyperbolic shear deformation theory with four variables is presented to study the vibratory behavior of functionally graduated plates. The field of displacement of the theory used in this work is introduced indeterminate integral variables. In addition, the effect of porosity is studied. It is assumed that the material characteristics of the porous FGM plate, varies continuously in the direction of thickness as a function of the power law model in terms of volume fractions of constituents taken into account the homogeneous distribution of porosity. The equations of motion are obtained using the principle of virtual work. An analytical solution of the Navier type for free vibration analysis is obtained for a FGM plate for simply supported boundary conditions. A comparison of the results obtained with those of the literature is made to verify the accuracy and efficiency of the present theory. It can be concluded from his results that the current theory is not only accurate but also simple for the presentation of the response of free vibration and the effect of porosity on the latter.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.2
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pp.19-25
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2004
The linear analysis for the balance of linear momentum of a structure is relatively easy to perform, but the error becomes large when the structure experiences large deformation. Therefore, the material and geometric nonlinearity need to be considered for the precise calculations in that case. The plastic flow of a ductile steel-like metal mainly transforms its dissipated mechanical energy into heat, which transfers under the first and second law of thermodynamics. This heat increases the temperature of the material and the strength of the material decreases accordingly, which affects mechanical behavior of the given structure. This paper presents a finite-strain thermo-elasto-plastic steel model. This model can handle large deformation and thermal load simultaneously, which is common during earthquake periods. Two 3-dimensional finite element analyses verify this formulation.
This present paper concerned with the analytic modelling for vibration of the functionally graded (FG) plates resting on non-variable and variable two parameter elastic foundation, based on two-dimensional elasticity using higher shear deformation theory. Our present theory has four unknown, which mean that have less than other higher order and lower theory, and we denote do not require the factor of correction like the first shear deformation theory. The indeterminate integral are introduced in the fields of displacement, it is allowed to reduce the number from five unknown to only four variables. The elastic foundations are assumed a classical model of Winkler-Pasternak with uniform distribution stiffness of the Winkler coefficient (kw), or it is with variables distribution coefficient (kw). The variable's stiffness of elastic foundation is supposed linear, parabolic and trigonometry along the length of functionally plate. The properties of the FG plates vary according to the thickness, following a simple distribution of the power law in terms of volume fractions of the constituents of the material. The equations of motions for natural frequency of the functionally graded plates resting on variables elastic foundation are derived using Hamilton principal. The government equations are resolved, with respect boundary condition for simply supported FG plate, employing Navier series solution. The extensive validation with other works found in the literature and our results are present in this work to demonstrate the efficient and accuracy of this analytic model to predict free vibration of FG plates, with and without the effect of variables elastic foundations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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