In this paper, we will analyse the thermo-elastic behavior of the plate element of a structure arranged in a climatically aggressive environment (extreme temperature), we use a refined four-variable thick plate theory to take the shear effect into consideration, the proposed theory less computationally expensive and more accurate so that it incorporates the shear effect into the formulation. The plate is assumed to be simply supported on its four edges, so exact (closed-form) solutions are found according to the Navier expansion, and the governing stability equations and associated boundary conditions of the problem are obtained via the virtual works principle. The plate studied ismade of laminated composite materials, so a parametric study is needed to see the effect of different types of parameters and coupling on the critical temperature value causing thermo-elastic instability of the plate and also on the natural frequency of free vibration, as well as for other parameters such as anisotropy, slenderness and aspect ratio of the plate and finally the lamination angle. Numerical results are obtained for specially orthotropic and antisymmetrical plates and are compared with those obtained by othertheoriesin the literature to validate the analysis approach used.
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.
The main objective of this research work is to investigate the free vibration behavior of annular sandwich plates resting on the Kerr foundation at thermal conditions. This sandwich configuration is composed of two FGM face sheets as coating layer and a porous GPLRC (GPL reinforced composite) core. It is supposed that the GPL nanofillers and the porosity coefficient vary continuously along the core thickness direction. To model closed-cell FG porous material reinforced with GPLs, Halpin-Tsai micromechanical modeling in conjunction with Gaussian-Random field scheme is used, while the Poisson's ratio and density are computed by the rule of mixtures. Besides, the material properties of two FGM face sheets change continuously through the thickness according to the power-law distribution. To capture fundamental frequencies of the annular sandwich plate resting on the Kerr foundation in a thermal environment, the analysis procedure is with the aid of Reddy's shear-deformation plate theory based high-order shear deformation plate theory (HSDT) to derive and solve the equations of motion and boundary conditions. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using the generalized differential quadrature (GDQ) method in the spatial domain. Numerical results are compared with those published in the literature to examine the accuracy and validity of the present approach. A parametric solution for temperature variation across the thickness of the sandwich plate is employed taking into account the thermal conductivity, the inhomogeneity parameter, and the sandwich schemes. The numerical results indicate the influence of volume fraction index, GPLs volume fraction, porosity coefficient, three independent coefficients of Kerr elastic foundation, and temperature difference on the free vibration behavior of annular sandwich plate. This study provides essential information to engineers seeking innovative ways to promote composite structures in a practical way.
Although the aircraft industry was the first to use fibre composites, now they are increasingly used in a range of structural applications such as flooring, decking, platforms and roofs. Interlayer delamination is a major failure mode which threatens the reliability of composite structures. Delamination can grow in size under increasing loads with time and hence leads to severe loss of structural integrity and stiffness reduction. Delamination reduces the natural frequency and as a consequence may result in resonance. Hence, the study of the effects of delamination on the free vibration behaviour of multilayer composite structures is imperative. The focus of this paper is to develop a 3D FE model and investigate the free vibration behaviour of fibre composite multilayer sandwich panels with interlayer delaminations. A series of parametric studies are conducted to assess the influence of various parameters of concern, using a commercially available finite element package. Additionally, selected points in the delaminated region are connected appropriately to simulate bolting as a remedial measure to fasten the delamination region in the aim of reducing the effects of delamination. First order shear deformation theory based plate elements have been used to model each sandwich layer. The findings suggest that the delamination size and the end fixity of the plate are the most important factors responsible for stiffness reduction due to delamination damage in composite laminates. It is also revealed that bolting the delaminated region can significantly reduce the natural frequency variation due to delamination thereby improving the dynamic performance.
In the present investigation, thermal buckling and free vibration characteristics of functionally graded (FG) Timoshenko nanobeams subjected to nonlinear thermal loading are carried out by presenting a Navier type solution. The thermal load is assumed to be nonlinear distribution through the thickness of FG nanobeam. Thermo-mechanical properties of FG nanobeam are supposed to vary smoothly and continuously throughout the thickness based on power-law model and the material properties are assumed to be temperature-dependent. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanobeam. Using Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion together with corresponding boundary conditions based on Timoshenko beam theory are obtained for the thermal buckling and vibration analysis of graded nanobeams including size effect. Moreover, in following a parametric study is accompanied to examine the effects of the several parameters such as nonlocal parameter, thermal effect, power law index and aspect ratio on the critical buckling temperatures and natural frequencies of the size-dependent FG nanobeams in detail. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared some cases in the literature. Also, it is found that the small scale effects and nonlinear thermal loading have a significant effect on thermal stability and vibration characteristics of FG nanobeams.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.1
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pp.19-29
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2013
This paper deals with the study of buckling, vibration, and parametric instability characteristics in a damaged cross-ply and angle-ply laminated plate like beam under in-plane harmonic loading, using the finite element approach. Damage is modelled using an anisotropic damage formulation, based on the concept of reduction in stiffness. The effect of damage on free vibration and buckling characteristics of a thin plate like beam has been studied. It has been observed that damage shows a strong orthogonality and in general deteriorates the static and dynamic characteristics. For the harmonic type of loading, analysis was carried out on a thin plate like beam by solving the governing differential equation which is of Mathieu-Hill type, using the method of multiple scales (MMS). The effects of damage and its location on dynamic stability characteristics have been presented. The results indicate that, compared to the undamaged plate like beam, heavily damaged beams show steeper deviations in simple and combination resonance characteristics.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.877-882
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2005
Dynamic stability of an axially accelerating beam stucture is investigated in this paper. The equations of motion of a fixed-free beam are derived using the hybrid deformation variable method and the assumed mode method. Unstable regions due to periodical acceleration are obtained by using the Floquet's theory. Stability diagrams are presented to illustrate the influence of the dimensionless acceleration, amplitude, and frequency. Also, buckling occurs when the acceleration exceeds a certain value. It is found that relatively targe unstable regions exist around the first bending natural frequency, twice the first bending natural frequency, and twice the second bending natural frequency. The validity of the stability diagram is confirmed by direct numerical integration of the equations of motion.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.4
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pp.295-302
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2004
In this study the optimization of a NFR suspension is performed using finite element method and experimental modal analysis. NFR suspensions are required to have low compliance modes to allow the slider to comply with the rotating disk, and high tracking stiffness modes to maximize the servo bandwidth of the tracking controller First of all, the dual suspension model is designed based on the characteristics of NFR drives. And the parametric study on the sensitivities of compliance modes and tracking stiffness modes is investigated. Finally, the model satisfying static characteristics is selected and shape optimization is performed to improve dynamic characteristics. A prototype of a NFR suspension is made by etching and modal ekperiment in free state is performed. The results of experiment almost agree with those of finite element method.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.9
s.102
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pp.1053-1059
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2005
Dynamic stability of an axially accelerating beam structure is investigated in this paper. The equations of motion of a fixed-free beam are derived using the hybrid deformation variable method and the assumed mode method. Unstable regions due to periodical acceleration are obtained by using the Floquet's theory. Stability diagrams are presented to illustrate the influence of the dimensionless acceleration, amplitude, and frequency. Also, buckling occurs when the acceleration exceeds a certain value. It is found that relatively large unstable regions exist around the first bending natural frequency, twice the first bending natural frequency, and twice the second bending natural frequency. The validity of the stability diagram is confirmed by direct numerical integration of the equations of motion.
Vibration of vertically aligned-monolayered-nonuniform nanorods consist of functionally graded materials with elastic supports has not been investigated yet. To fill this gap, the problem is examined using the elasticity theories of Eringen and Gurtin-Murdoch. The geometrical and mechanical properties of the surface layer and the bulk are allowed to vary arbitrarily across the length. The nonlocal-surface energy-based governing equations are established using differential-type and integro-type formulations, and solved by employing the Galerkin method by exploiting admissible modes approach and element-free Galerkin (EFG). Through various comparison studies, the effectiveness of the EFG in capturing both nonlocal-differential/integro-based frequencies is proved. A constructive parametric study is also conducted, and the roles of nanorods' diameter, length, stiffness of both inter-rod's elastic layer and elastic supports, power-law index of both constituent materials and geometry, nonlocal and surface effects on the dominant frequencies are revealed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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