Stability analysis of three-layered piezoelectric doubly curved nano shell with accounting size dependency is performed in this paper based on first order shear deformation theory and curvilinear coordinate system relations. The elastic core is integrated with sensor and actuator layers subjected to applied electric potentials. The principle of virtual work is employed for derivation of governing equations of stability. The critical electrical and mechanical buckling loads are evaluated in terms of important parameters of the problem such as size-dependent parameter, two principle angle of doubly curved shell and two parameters of Pasternak's foundation. One can conclude that mechanical buckling loads are decreased with increase of nonlocal parameter while the electrical buckling loads are increased.
Hao-Xuan Ding;Yi-Wen Zhang;Yin-Ping Li;Gui-Lin She
Steel and Composite Structures
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v.49
no.3
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pp.281-291
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2023
Due to the fact that the nonlinear low-velocity impact response of graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMF) doubly curved shells have not been investigated in the existing works, this paper aims to solve this issue. Using Reddy's high-order shear deformation theory (HSDT), the nonlinear governing equations of GPLRMF doubly curved shells are obtained by Euler-Lagrange method, discretized by Galerkin principle, and solved by the fourth-order Runge-Kutta method to obtain the impact force and central deflection. The nonlinear Hertz contact law is applied to determine the contact force. Finally, the impacts of graphene platelets (GPLs) distribution pattern, porosity distribution form, porosity coefficient, damping coefficient, impact parameters (radius and initial velocity), GPLs weight fraction, pre-stressing force and different shell types on the low-velocity impact curves are analyzed. It can be found that, among the four shell structures, the impact resistance of spherical shell is the best, while that of cylindrical shell is the worst.
Sharma, Nitin;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.1
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pp.93-107
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2017
The article presents the vibration and acoustic responses of un-baffled doubly curved laminated composite panel structure under the excitation of a harmonic point load. The structural responses are obtained using a simulation model via ANSYS including the effect various geometries (cylindrical, elliptical, spherical and hyperboloid). Initially, the model has been established by solving adequate number of available examples to show the convergence and comparison behaviour of the natural frequencies. Further, the acoustic responses are obtained using an indirect boundary element approach for the coupled fluid-structure analysis in LMS Virtual.lab by importing the natural frequency values. Subsequently, the values for the sound power level are computed using the present numerical model and compared with that of the available published results and in-house experimentally obtained data. Further, the acoustic responses (mean-square velocity, radiation efficiency and sound power level) of the doubly curved layered structures are evaluated using the current simulation model via several numerical experimentations for different structural parameters and corresponding discussions are provided in detail.
Shim, D.S.;Yang, D.Y.;Roh, H.J.;Kim, K.H.;Chung, S.W.;Han, M.S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.05a
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pp.400-403
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2008
For the effective manufacture of doubly curved metal plates, a line array roll set (LARS) process is proposed. The suggested process utilizes a pair of upper and lower symmetric roll assemblies. In the process, the initial plate is progressed into the final shape in a stepwise or pathwise manner according to the basic principle of the incremental forming process. The deformation proceeds simultaneously in the longitudinal and transverse directions. Moreover, there is a close correlation between the deformation in the longitudinal direction and that in the transverse direction of the plates. Therefore, the finally formed shape in the incremental forming process is strongly dependent upon process conditions, such as the forming path and the forming increment. The manufacturing of arbitrary doubly curved plates with various curvatures is not an easy task because of such complicated behaviors of the plate; thus, the forming schedules for the desired shape should be carefully and accurately designed. In this study, several experiments with the LARS system were carried out for the fundamental investigation on process design for manufacturing of doubly curved plates.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.7
no.3
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pp.190-201
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2002
Surfaces of many engineering structures, specially, those of ships and airplanes are commonly fabricated as doubly curved shapes as well as singly curved surfaces to fulfill functional requirements. Given a three dimensional design surface, the first step in the fabrication process is unfolding or planar development of this surfaces into a planar shape so that the manufacturer can determine the initial shape of the flat plate. Also a good planar development enables the manufacturer to estimate the strain distribution required to form the design shape. In this paper, an algorithm for optimal approximated development of a general curved surface, including both singly and doubly curved surface is developed in the sense that the strain energy from its planar development to the design surface is minimized, subjected to some constraints. The development process is formulated into a constrained nonlinear programming problem, which is on basis of deformation theory and finite element. Constraints are subjected to characteristics of the fabrication method. Some examples on typical surfaces and the practical ship surfaces show the effectiveness of this algorithm.
Dash, Sushmita;Mehar, Kulmani;Sharma, Nitin;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.6
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pp.721-733
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2018
The modal frequency responses of functionally graded (FG) sandwich doubly curved shell panels are investigated using a higher-order finite element formulation. The system of equations of the panel structure derived using Hamilton's principle for the evaluation of natural frequencies. The present shell panel model is discretised using the isoparametric Lagrangian element (nine nodes and nine degrees of freedom per node). An in-house MATLAB code is prepared using higher-order kinematics in association with the finite element scheme for the calculation of modal values. The stability of the opted numerical vibration frequency solutions for the various shell geometries i.e., single and doubly curved FG sandwich structure are proven via the convergence test. Further, close conformance of the finite element frequency solutions for the FG sandwich structures is found when compared with the published theoretical predictions (numerical, analytical and 3D elasticity solutions). Subsequently, appropriate numerical examples are solved pertaining to various design factors (curvature ratio, core-face thickness ratio, aspect ratio, support conditions, power-law index and sandwich symmetry type) those have the significant influence on the free vibration modal data of the FG sandwich curved structure.
In this paper, geometric nonlinear bending characteristics of single wall carbon nanotube reinforced composite (SWCNTRC) doubly curved shell panels subjected to uniform transversely loadings are investigated. The nonlinear mathematical model is developed for doubly curved SWCNTRC shell panel on the basis of higher-order shear deformation theory and Green- Lagrange nonlinearity. All nonlinear higher order terms are included in the mathematical model. The effective material properties of SWCNTRC are estimated by using Eshelby-Mori-Tanaka micromechanical approach. The governing equation of the shell panel is obtained using the total potential energy principle and a Newton-Raphson iterative method is employed to compute the nonlinear displacement and stresses. The present results are compared with published literature. The effect of SWCNT volume fraction, width-to-thickness ratio, radius-to-width ratio (R/a), boundary condition, linear and nonlinear deflection, stresses and different types of shell geometry on nonlinear bending response is investigated.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2002.05a
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pp.44-47
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2002
In order to make a doubly curved sheet metal effectively, a sheet metal forming process has been developed by adopting the flexibility of the incremental forming process and the principle of bending deformation which causes slight deformation to thickness. The developed process is an unconstrained forcing process with no holder. For this study, the experimental equipment is set up with the roll set which consists of two pairs of support rolls and one center roll. In the experiments using aluminum sheets and FEM simulation, it is found that the curvature of the formed sheet metal is determined by controlling the distance between supporting rolls in pairs and the forming depth of the center roll. The FEM simulation of the forming process using the roll set along the one path shows the distributions of the curvatures in two directions along the path, and gives information about the characteristics of the proposed forming process.
The non-linear static and dynamic response of doubly curved thin isotropic shells has been studied for the step and sinusoidal loadings. Dynamic analogues Von Karman-Donnel type shell equations are used. Clamped immovable and simply supported immovable boundary conditions are considered. The governing nonlinear partial differential equations of the shell are discretized in space and time domains using the harmonic differential quadrature (HDQ) and finite differences (FD) methods, respectively. The accuracy of the proposed HDQ-FD coupled methodology is demonstrated by the numerical examples. Numerical examples demonstrate the satisfactory accuracy, efficiency and versatility of the presented approach.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.9
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pp.95-102
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2004
A flexible incremental roll forming process has been developed by adopting the advantages of the incremental forming process and the roll forming process: i.e., inherent flexibility of the incremental forming process and continuous bending deformation of the roll forming process. It has an adjustable roll set as a forming tool composed of one upper center roll and two pairs of lower support rolls, which plays a key role during forming process. Through the experiments based on the various combinations of process parameters, it is shown that the incremental roll forming process is so effective as to manufacture various doubly curved sheet metals including concave-convex combination shapes in which there exists a line of inflection. The proposed relationship of the experimental parameters and the radius of curvature of the formed sheet boundary is found to be useful in prediction and control of the final shape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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