In this paper, a higher order shear and normal deformation theory is presented for functionally graded material (FGM) plates. By dividing the transverse displacement into bending, shear and thickness stretching parts, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. Indeed, the number of unknown functions involved in the present theory is only five, as opposed to six or even greater numbers in the case of other shear and normal deformation theories. The present theory accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by a hyperbolic variation of ail displacements across the thickness and satisfies the stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the plate without requiring any shear correction factor. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and free vibration analysis are obtained for simply supported plates. The obtained results are compared with three-dimensional and quasi- three-dimensional solutions and those predicted by other plate theories. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the bending and free vibration responses of functionally graded plates.
A deformation model was developed to calculate the deformation of the uranium-silicide dispersion fuel (U$_3$Si-Al) elements for research reactors. The model was based on the elasto-plasticity theory and power-law creep theory. Also, isotopic swelling was assumed for the fuel meat and isotropic thermal expansion for the fuel meat and dadding. The new model calculated successfully the deformation of the fuels of HANARO and NRU (in Canada). As the most important result, it was shown that the primary deformation mechanism in the fuel meat was swelling and that in the cladding was creep. For all cases simulated, the maximum hoop stress at cladding outer surface was lass than 5MPa, probably well below the yield stress of the dadding, and finally, the volume change was predicted to be less than 10% in the whole burnup range.
In this paper, buckling characteristics of nonhomogeneous functionally graded (FG) nanobeams embedded on elastic foundations are investigated based on third order shear deformation (Reddy) without using shear correction factors. Third-order shear deformation beam theory accounts for shear deformation effects by a parabolic variation of all displacements through the thickness, and verifies the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the FG nanobeam. A two parameters elastic foundation including the linear Winkler springs along with the Pasternak shear layer is in contact with beam in deformation, which acts in tension as well as in compression. The material properties of FG nanobeam are supposed to vary gradually along the thickness and are estimated through the power-law and Mori-Tanaka models. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. Nonlocal equations of motion are derived through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. Comparison between results of the present work and those available in literature shows the accuracy of this method. The obtained results are presented for the buckling analysis of the FG nanobeams such as the effects of foundation parameters, gradient index, nonlocal parameter and slenderness ratio in detail.
Hadji, Lazreg;Meziane, M. Ait Amar;Abdelhak, Z.;Daouadji, T. Hassaine;Bedia, E.A Adda
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.127-140
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2016
In this paper, a new first shear deformation plate theory based on neutral surface position is developed for the static and the free vibration analysis of functionally graded plates (FGPs). Moreover, the number of unknowns of this theory is the least one comparing with the traditional first-order and the other higher order shear deformation theories. The neutral surface position for a functionally graded plate which its material properties vary in the thickness direction is determined. The mechanical properties of the plate are assumed to vary continuously in the thickness direction by a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Based on the present shear deformation plate theory and the neutral surface concept, the governing equations are derived from the principle of Hamilton. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface based formulation. Numerical illustrations concern flexural and dynamic behavior of FG plates with Metal-Ceramic composition. Parametric studies are performed for varying ceramic volume fraction, length to thickness ratios. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
In recent years, the automotive industry has known a remarkable development in order to satisfy the customer requirements. In this paper, we will study one of the components of the automotive which is the twist beam. The study is focused on the multicriteria design of the automotive twist beam undergoing linear elastic deformation (Hooke's law). Indeed, for the design of this automotive part, there are some criteria to be considered as the rigidity (stiffness) and the resistance to fatigue. Those two criteria are known to be conflicting, therefore, our aim is to identify the Pareto front of this problem. To do this, we used a Normal Boundary Intersection (NBI) algorithm coupling with a radial basis function (RBF) metamodel in order to reduce the high calculation time needed for solving the multicriteria design problem. Otherwise, we used the free form deformation (FFD) technique for the generation of the 3D shapes of the automotive part studied during the optimization process.
Inelastic deformation behavior of metals and alloys is considered rate dependent. Uniaxial ratcheting experiments performed by Ruggles and Krempl, and Hassan and Kyriakides exhibited that higher mean stress for a fixed stress amplitude resulted in higher ratchet strain within a rate independent framework and higher stress rate resulted in lower ratchet strain, respectively. These phenomena are qualitatively investigated by numerical experiments through unified viscoplasticity theory. The theory does not separate rate-independent plasticity and rate-dependent creep, and thus uses only one inelastic strain to describe inelastic deformation processes with the concept of the yield surface. The growth law for the kinematic stress, which is a tensor valued state variable of the constitutive equations, is modified to predict the linear evolution of long-term ratchet strain.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.2982-2994
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1993
Low-velocity impact responses of composite laminates are investigated using the finite element method based on various theories. In two-dimensional nonlinear analysis, a displacement field considering higher order shear deformation and large deflection of the laminate is assumed and a finite element formulation is developed using a C$^{o}$-continuous 9-node plate element. Also, three-dimensional linear analysis based on the infinitesimal strain-displacement assumptions is performed using 8-node brick elements with incompatible modes. A modified Hertzian contact law is incorporated into the finite element program to evaluate the impact force. In the time integration, the Newmark constant acceleration algorithm is used in conjuction with successive iterations within each time step. Numerical results from static analysis as well as the impact response analysis are presented including impact force histories, deflections, strains in the laminate. Impact responses according to two typical low-velocity impact conditions are compared each other.
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.
Sallai, Benoumrane;Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Adda Bedia, E.A.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.829-841
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2015
In this paper, a refined exponential shear deformation beam theory is developed for bending analysis of functionally graded beams. The theory account for parabolic variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Contrary to the others refined theories elaborated, where the stretching effect is neglected, in the current investigation this so-called "stretching effect" is taken into consideration. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present shear deformation beam theory, the equilibrium equations are derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions for static are obtained. Numerical examples are presented to verify the accuracy of the present theory.
The finite difference software Flac3D is used to study the influence of tunnel burial depth, tunnel diameter and lateral pressure coefficient of original rock stress on the stress and deformation of tunnel surrounding rock under sandstone condition. The results show that the maximum shear stress, the radius of the plastic zone and the maximum displacement in the surrounding rock increase with the increase of the diameter of the tunnel. When the lateral pressure coefficient is 1, it is most favorable for surrounding rock and lining structure, with the increase or decrease of lateral pressure coefficient, the maximum principal stress, surrounding displacement and plastic zone range of surrounding rock and lining show a sharp increase trend, the plastic zone on the lining increases with the increase of buried depth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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