The free vibration of axially functionally graded tapered arches including shear deformation and rotatory inertia are studied through solving the governing differential equation of motion. Numerical results are presented for circular, parabolic, catenary, elliptic and sinusoidal arches with hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped end restraints. In this study Differential Quadrature element of lowest order (DQEL) or Lagrangian Interpolation technique is applied to solve the problems. Three general taper types for rectangular section are considered. The lowest four natural frequencies are calculated and compared with the published results.
In this paper, the response of a sandwich cylindrical shell over any sort of boundary conditions and under a general distributed static loading is investigated. The faces and the core are made of some isotropic materials. The faces are modeled as thin cylindrical shells obeying the Kirchhoff-Love assumptions. For the core material it is assumed to be thick and the in-plane stresses are negligible. The governing equations are derived using the principle of the stationary potential energy. Using harmonic differential quadrature method (HDQM) the equations are solved for deformation components. The obtained results primarily are compared against finite element results. Then, the effects of changing different parameters on the stress and displacement components of sandwich cylindrical shells are investigated.
In this paper, a unified solution method is presented for the classical beam theory. In Strength of Materials approach, the geometry, material properties and load system are known and related with the unknowns of forces, moments, slopes and deformations by applying a classical differential analysis in addition to equilibrium, constitutive, and kinematic laws. All these relations are expressed in a unified formulation for the classical beam theory. In the special case of simple beams, a system of four linear ordinary differential equations of first order represents the general mechanical behaviour of a straight beam. These equations are solved using the numerical differential quadrature method (DQM). The application of DQM has the advantages of mathematical consistency and conceptual simplicity. The numerical procedure is simple and gives clear understanding. This systematic way of obtaining influence line, bending moment, shear force diagrams and deformed shape for the beams with geometric and load discontinuities has been discussed in this paper. Buckling loads and natural frequencies of any beam prismatic or non-prismatic with any type of support conditions can be evaluated with ease.
In this paper structural analysis of nonhomogeneous nanotubes has been carried out using nonlocal elasticity theory. Governing differential equations of nonhomogeneous nanotubes are derived. Nanotubes include both single wall nanotube (SWNT) and double wall nanotube (DWNT). Nonlocal theory of elasticity has been employed to include the scale effect of the nanotubes. Nonlocal parameter, elastic modulus, density and diameter of the cross section are assumed to be functions of spatial coordinates. General Differential Quadrature (GDQ) method has been employed to solve the governing differential equations of the nanotubes. Various boundary conditions have been applied to the nanotubes. Present results considering nonlocal theory are in good agreement with the results available in the literature. Effect of variation of various geometrical and material parameters on the structural response of the nonhomogeneous nanotubes has been investigated. Present results of the nonhomogeneous nanotubes are useful in the design of the nanotubes.
In this paper, the problem of static bending of axially functionally graded (AFG) nanobeam is formulated with the local stress(Lσ)- and strain-driven(εD) two-phase local/nonlocal integral models (TPNIMs). The novelty of the present study aims to compare the size-effects of nonlocal integral models on bending deflections of AFG Euler-Bernoulli nano-beams. The integral relation between strain and nonlocal stress components based on two types nonlocal integral models is transformed unitedly and equivalently into differential form with constitutive boundary conditions. Purely LσD- and εD-NIMs would lead to ill-posed mathematical formulation, and Purely εD- and LσD-nonlocal differential models (NDM) may result in inconsistent size-dependent bending responses. The general differential quadrature method is applied to obtain the numerical results for bending deflection and moment of AFG nanobeam subjected to different boundary and loading conditions. The influence of AFG index, nonlocal models, and nonlocal parameters on the bending deflections of AFG Euler-Bernoulli nanobeams is investigated numerically. A consistent softening effects can be obtained for both LσD- and εD-TPNIMs. The results from current work may provide useful guidelines for designing and optimizing AFG Euler-Bernoulli beam based nano instruments.
Based upon differential quadrature method (DQM) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), an investigation on the free vibrations of 2D plate systems with nano-dimensions has been provided taking into account the effects of different mechanical loadings. In order to capture different mechanical loadings, a general form of variable compressive load applied in the axial direction of the plate system has been introduced. The studied plate has been constructed from two types of particles which results in graded material properties and nanoscale pores. The established formulation for the plate is in the context of a novel shear deformable model and the equations have been solved via a semi-numerical trend. Presented results indicate the prominence of material composition, nonlocal coefficient, strain gradient coefficient and boundary conditions on vibrational frequencies of nano-size plate.
This paper deals with the modal analysis of rotational shell structures by means of the numerical solution technique known as the Generalized Differential Quadrature (G. D. Q.) method. The treatment is conducted within the Reissner first order shear deformation theory (F. S. D. T.) for linearly elastic isotropic shells. Starting from a non-linear formulation, the compatibility equations via Principle of Virtual Works are obtained, for the general shell structure, given the internal equilibrium equations in terms of stress resultants and couples. These equations are subsequently linearized and specialized for the rotational geometry, expanding all problem variables in a partial Fourier series, with respect to the longitudinal coordinate. The procedure leads to the fundamental system of dynamic equilibrium equations in terms of the reference surface kinematic harmonic components. Finally, a one-dimensional problem, by means of a set of five ordinary differential equations, in which the only spatial coordinate appearing is the one along meridians, is obtained. This can be conveniently solved using an appropriate G. D. Q. method in meridional direction, yielding accurate results with an extremely low computational cost and not using the so-called "delta-point" technique.
S. Abdul Ameer;Abbas Hameed Abdul Hussein;Mohammed H. Mahdi;Fahmy Gad Elsaid;V. Tahouneh
Steel and Composite Structures
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제50권4호
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pp.429-441
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2024
This paper studies the free vibration behavior of trapezoidal shaped coupled double-layered graphene sheets (DLGS) system using first-order shear deformation theory (FSDT) and incorporating nonlocal elasticity theory. Two nanoplates are assumed to be bonded by an interlayer van der walls force and surrounded by an external kelvin-voight viscoelastic medium. The governing equations together with related boundary condition are discretized using a mapping-differential quadrature method (DQM) in the spatial domain. Then the natural frequency of the system is obtained by solving the eigen value matrix equation. The validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature and then a parametric study is thoroughly performed, concentrating on the series effects of angles and aspect ratio of GS, viscoelastic medium, and nonlocal parameter. The model is used to study the vibration of DLGS for two typical deformation modes, the in-phase and out-of-phase vibrations, which are investigated. Numerical results indicate that due to Increasing the damping parameter of the viscoelastic medium has reduced the frequency of both modes and this medium has been able to overdamped the oscillations and by increasing stiffness parameters both in-phase and out-of-phase vibration frequencies increased.
Zhou, Changlin;Zhang, Zhongxian;Zhang, Ji;Fang, Yuan;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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제34권2호
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pp.215-226
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2020
The aim of this study is to investigate free vibration of functionally graded porous nanocomposite rectangular plates where the internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. The GPL-reinforced plate is modeled using a semi-analytic approach composed of generalized differential quadrature method (GDQM) and series solution adopted to solve the equations of motion. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made between the present results and those reported by well-known references for special cases treated before, have confirmed accuracy and efficiency of the present approach. New results reveal the importance of porosity coefficient, porosity distribution, graphene platelets (GPLs) distribution, geometrical and boundary conditions on vibration behavior of porous nanocomposite plates. It is observed that the maximum vibration frequency obtained in the case of symmetric porosity and GPL distribution, while the minimum vibration frequency is obtained using uniform porosity distribution.
Nowadays computers can perform symbolic computations in addition to mere number crunching operations for which they were originally designed. Symbolic computation opens up exciting possibilities in Structural Mechanics and engineering. Classical areas have been increasingly neglected due to the advent of computers as well as general purpose finite element software. But now, classical analysis has reemerged as an attractive computer option due to the capabilities of symbolic computation. The repetitive cycles of simultaneous - equation sets required by the finite element technique can be eliminated by solving a single set in symbolic form, thus generating a truly closed-form solution. This consequently saves in data preparation, storage and execution time. The power of Symbolic computation is demonstrated by six examples by applying symbolic computation 1) to solve coupled shear wall 2) to generate beam element matrices 3) to find the natural frequency of a shear frame using transfer matrix method 4) to find the stresses of a plate subjected to in-plane loading using Levy's approach 5) to draw the influence surface for deflection of an isotropic plate simply supported on all sides 6) to get dynamic equilibrium equations from Lagrange equation. This paper also presents yet another computationally efficient and accurate numerical method which is based on the concept of derivative of a function expressed as a weighted linear sum of the function values at all the mesh points. Again this method is applied to solve the problems of 1) coupled shear wall 2) lateral buckling of thin-walled beams due to moment gradient 3) buckling of a column and 4) static and buckling analysis of circular plates of uniform or non-uniform thickness. The numerical results obtained are compared with those available in existing literature in order to verify their accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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