This paper explores the analytical buckling solution of rectangular thin plates by the finite integral transform method. Although several analytical and numerical developments have been made, a benchmark analytical solution is still very few due to the mathematical complexity of solving high order partial differential equations. In solution procedure, the governing high order partial differential equation with specified boundary conditions is converted into a system of linear algebraic equations and the analytical solution is obtained classically. The primary advantage of the present method is its simplicity and generality and does not need to pre-determine the deflection function which makes the solving procedure much reasonable. Another advantage of the method is that the analytical solutions obtained converge rapidly due to utilization of the sum functions. The application of the method is extensive and can also handle moderately thick and thick elastic plates as well as bending and vibration problems. The present results are validated by extensive numerical comparison with the FEA using (ABAQUS) software and the existing analytical solutions which show satisfactory agreement.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.85-101
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2020
The optimal parameters for the fluid-structure interaction analysis using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluids and finite elements for structures, respectively, are explored, and the effectiveness of the simulations with those parameters is validated by solving several open surface fluid problems. For the optimization of the Equation of State (EOS) and the simulation parameters such as the time step, initial particle spacing, and smoothing length factor, a dam-break problem and deflection of an elastic plate is selected, and the least squares analysis is performed on the simulation results. With the optimal values of the pivotal parameters, the accuracy of the simulation is validated by calculating the exerted force on a moving solid column in the open surface fluid. Overall, the SPH-FEM coupled simulation is very effective to calculate the fluid-structure interaction. However, the relevant parameters should be carefully selected to obtain accurate results.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.902-909
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2020
It is announced a new procedure for the real-time overall hull response monitoring system depends on inclinometer sensor data. The procedure requires a few inclinometer sensors' data, located on the deck. Sensor data is used to obtain curvature values; and curvature values are used to find out displacements or relevant moment values according to pre-calculated moment-curvature diagrams. Numerical studies are demonstrated with reasonable accuracy for the pre-ultimate and the post-ultimate nonlinear behaviors. Elastic, inelastic, and post-collapse structural bending moment capacity determination of the hull has been presented. The proposed inverse engineering technique will be able to see the response of the hull in real-time with high accuracy to manage the course and speed when cruising or control the loading and the unloading process at the port.
This paper presents a thermoelastic analysis of variable thickness plates made of functionally graded materials (FGM) subjected to mechanical and thermal loads. The thermal load is applied to the plate as a temperature difference between the top and bottom surfaces. Temperature distribution in the plate is obtained using the steady-state heat equation. Except for Poisson's ratio, all mechanical properties of the plate are assumed to vary linearly along the thickness direction based on the volume fractions of ceramic and metal. The plate is resting on an elastic foundation modeled based on the Winkler foundation model. The governing equations are derived based on the third-order shear deformation theory (TSDT) and are solved numerically for various boundary conditions using the differential quadrature method (DQM). The effects of various parameters on the stress distribution and deflection of the plate are investigated such as the value of thermal and mechanical loads, volume fractions of ceramic and metal, and the stiffness coefficients of the foundation.
In this paper, a finite element (FE) simulation has been developed in order to examine the nonlinear stability of reinforced sandwich beams with graphene oxide powders (GOPs). In this regard, the nonlinear stability curves have been obtained asuming that the beam is under compressive loads leading to its buckling. The beam is considered to be a three-layered sandwich beam with metal core and GOP reinforced face sheets and it is rested on elastic substrate. Moreover, a higher-order refined beam theory has been considered to formulate the sandwich beam by employing the geometrically perfect and imperfect beam configurations. In the solving procedure, the utalized finite element simulation contains a novel beam element in which shear deformation has been included. The calculated stability curves of GOP-reinforced sandwich beams are shown to be dependent on different parameters such as GOP amount, face sheet thickness, geometrical imperfection and also center deflection.
Abeer Qasim Jbur;Wael Najm Abdullah;Nadhim M. Faleh;Zahraa N. Faleh
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.2
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pp.157-165
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2023
In the present work, the vibration characteristics of sandwich nanocomposite shells, fortified with graphene platelets (GPLs) have been researched. The shell has been considered as the stadium roof shape with double curvatures under vibration due to earthquake. The nanocomposite has the matrix of concrete which is fortified with uniform or linear dispersions of GPLs. Also, the core possesses cellular type square architecture for which the effective elastic modulus has been defined in the context of relative density based relations. Based upon the classic shell strains containing two identical curvatures, the governing equations have been established and solved through differential quadrature approach. It will be seen that the vibrational frequencies rely on the core relative density, height of layers, the amount and dispersions of GPLs and even shell geometric parameters.
Behaviors of cemented engineered soils, composed of rigid sand particle and soft rubber particle, are investigated under $K_o$ condition. The uncemented and cemented specimens are prepared with various sand volume fractions to estimate the effect of the cementation in mixtures. The vertical deformation and elastic wave velocities with vertical stress are measured. The bender elements and PZT sensors are used to measure elastic wave velocities. After cementation, the slope of vertical strain shows bilinear and is similar to that of uncemented specimen after decementation. Normalized vertical strains can be divided into capillary force, cementation, and decementation region. The first deflection of the shear wave in near field matches the first arrival of the primary wave. The elastic wave velocities dramatically increase due to cementation hardening under the fixed vertical stress, and are almost identical with additional stress. After decementation, the elastic wave velocities increase with increase in the vertical stress. The effect of cementation hinders the typical rubber-like, sand-like, and transition behaviors observed in uncemented specimens. Different mechanism can be expected in decementation of the rigid-soft particle mixtures due to the sand fraction. a shape change of individual particles in low sand fraction specimens; a fabric change between particles in high sand fraction specimens. This study suggests that behaviors of cemented engineered soils, composed of rigid-soft particles, are distinguished due to the cementation and decementation from those of uncemented specimens.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.05a
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pp.408-413
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2004
High speed planning boats also have been required more and more the rational strength analysis and evaluation for the optimal structural design in respect of the structural lightness according to the high speed trend. Even though the suggestion of the simple type equation for the equivalent dynamic pressure is reasonable to design the scantling of ship structure conveniently, many research activities for more reasonable improvement of the simple design pressure, have been continued to suggest the more accurate equivalent static description of tire structural response such as the deflection and stress of hull structure. In this research, we focus on the aluminum bottom stiffened plate structure in which structural scantling is mainly depend on the local loads such as dynamic or impact pressure without other load effects and structural response for the simple dynamic equivalent pressure was investigated through the structural analysis. In order to investigate the structural response of the bottom stiffened plate structure subjected to the dynamic equivalent design pressure, linear and nonlinear structural analysis of the bottom stiffened plate structure of 4.3 ton aluminum planning boat was performed based on the equivalent static applied loads which were derived from the KR regulation and representative one among various dynamic equivalent pressure equations. From above analysis results, we found that the response such as deflection and stress of plate member was similar with the response results of one plate member model with fixed boundary, which was published previous paper and in case of KR design loading, all response of stiffened plate structure were within elastic limit. Through the nonlinear analysis, nearly elastic behavior including the slight geometrical nonlinear response was dominant but plastic local zone was appeared at $85\%$ limit load. Therefore, we can say that through tire linear and nonlinear analysis, this stiffened plate member has no structural strength problem based on the yield criteria in case within $60\%$ limit load except the other strength point of view such as the fatigue and buckling problem.
The ship plating is generally subjected to. combined in-plane load and lateral pressure loads, In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull girder bending and torsion of the vessel. Lateral pressure is due to. water pressure and cargo. These load components are nat always applied simultaneously, but mare than one can normally exist and interact. Hence, far mare rational and safe design of ship structures, it is af crucial importance to. better understand the interaction relationship af the buckling and ultimate strength far ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except far the impact load due to. slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to. the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are investigated through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.29
no.1
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pp.61-67
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2005
The ship plating is generally subjected to combined in-plane load and lateral pressure loads. In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull ginder bending and torsion of the vessel. Lateral pressure is due to water pressure and cargo. These load components are not always applied simultaneously, but more than one can normally exist and interact. Hence, for more rational and safe design of ship structures, it is of crucial importance to better understand the interaction relationship of the buckling and ultimate strength for ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except for the impact load due to slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are inverstigated through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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