A three node triangular element with drilling rotations incorporating improved higher-order zig-zag theory(HZZT) is developed to accurately assess the stress distribution through thickness of the laminated plate and analyze the vibration of pretwisted composite plates with embedded damping layer. Shear force matching conditions are enforced along the interfaces between the embedded damping patch and the border patch. The natural frequencies and model loss factors are calculated for cantilevered pretwisted composite blade with damping core with the present triangular element, and compared to experiments and MSC/NASTRAN using a layered combination of plate and solid elements.
To analyze the bending and transverse shear effects of laminated composite plates, a thirteen nodes triangular element will be presented. The suggested formulations consider a parabolic variation of the transverse shear strains through the thickness. As a result, there is no need to use shear correction coefficients in computing the shear stresses. The proposed element can model both thin and thick plates without any problems, such as shear locking and spurious modes. Moreover, the effectiveness of $w_{,n}$, as an independent degree of freedom, is concluded by the present study. To perform the accuracy tests, several examples will be solved. Numerical results for the orthotropic materials with different boundary conditions, shapes, number of layers, thickness ratios and fiber orientations will be presented. The suggested element calculates the deflections and stresses more accurate than those available in the literature.
Zaoui, Fatima Zohra;Tounsi, Abdelouahed;Ouinas, Djamel;Olay, Jaime A. Vina
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.1
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pp.105-119
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2020
In this work, a novel higher-order shear deformation theory (HSDT) for static and free vibration analysis of functionally graded (FG) plates is proposed. Unlike the conventional HSDTs, the proposed theory has a novel displacement field which includes undetermined integral terms and contains fewer unknowns. Equations of motion are obtained by using Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and dynamic investigation are determined for simply supported FG plates. The computed results are compared with 3D and quasi-3D solutions and those provided by other plate theories. Numerical results demonstrate that the proposed HSDT can achieve the same accuracy of the conventional HSDTs which have more number of variables.
This paper demonstrates the analyses of the interlaminar shear stress of laminated composite plates subjected to transversely impact. For this purpose, a plate finite element model based on the higher order shear deformation plate theory in conjunction with static contact laws is developed. Test materials were CFRP with cross-ply laminate $[O_4/{\theta}_4]_S$, $[90_4/{\theta}_4]_S$ stacking sequences and angle-ply laminate $[{\theta}_4/-{\theta}_4]_S$, $[{\theta}_4/-{\theta}_4]_S$ stacking deguences with $2^t{\times}40^w{\times}100^l(mm)$ dimension. As a result, stacking seguence and fiber orientation were found to have a significant effect on the interlaminar stresses in composite laminates.
The functionally graded materials (FGM) used in plates contain probably a porosity volume fraction which needs taking into account this aspect of imperfection in the mechanical bahavior of such structures. The present work aims to study the effect of the distribution forms of porosity on the bending of simply supported FG plate reposed on the Winkler-Pasternak foundation. A refined theory of shear deformation is developed to study the effect of the distribution shape of porosity on static behavior of FG plates. It was found that the distribution form of porosity significantly influence the mechanical behavior of FG plates, in terms of deflection, normal and shear stress. It can be concluded that the proposed theory is simple and precise for the resolution of the behavior of flexural FGM plates resting on elastic foundations while taking into account the shape of distribution of the porosity.
The purpose of the present work is to study the parametric nonlinear vibration behavior of three layered symmetric laminated plate. In the analytical formulation; both normal and shear deformations are considered in the core layer by means of the refined higher-order zig-zag theory. Harmonic balance method in conjunction with Galerkin procedure is adopted for simply supported laminate plate, to obtain its natural and damping properties. For these aims, a set of complex amplitude equations governed by complex parameters are written accounting for the geometric nonlinearity and viscoelastic damping factor. The frequency response curves are presented and discussed by varying the material and geometric properties of the core layer.
This paper uses a new type of deformation theory to establish the free vibration and static buckling equations of nanoplates resting on two-parameter elastic foundations, in which the flexoelectric effect is taken into account. The proposed approach used in this work is not only simpler than other higher-order shear deformation theories but also does not need any shear correction coefficients to describe exactly the mechanical responses of structures. The reliability of the theory is verified by comparing the numerical results of this work with those of analytical solutions. The results show that the flexoelectric effect significantly changes the natural frequency and the critical buckling load of the nanoplate compared with the case of neglecting this effect, especially when the plate thickness changes and with some different boundary conditions. These are new results that have not been mentioned in any publications but are meaningful in engineering practice.
Nasihatgozar, M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Steel and Composite Structures
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v.24
no.2
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pp.151-176
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2017
This paper deals with general equations of motion for free vibration analysis response of thick three-layer doubly curved sandwich panels (DCSP) under simply supported boundary conditions (BCs) using higher order shear deformation theory. In this model, the face sheets are orthotropic laminated composite that follow the first order shear deformation theory (FSDT) based on Rissners-Mindlin (RM) kinematics field. The core is made of orthotropic material and its in-plane transverse displacements are modeled using the third order of the Taylor's series extension. It provides the potentiality for considering both compressible and incompressible cores. To find these equations and boundary conditions, Hamilton's principle is used. Also, the effect of trapezoidal shape factor for cross-section of curved panel element ($1{\pm}z/R$) is considered. The natural frequency parameters of DCSP are obtained using Galerkin Method. Convergence studies are performed with the appropriate formulas in general form for three-layer sandwich plate, cylindrical and spherical shells (both deep and shallow). The influences of core stiffness, ratio of core to face sheets thickness and radii of curvatures are investigated. Finally, for the first time, an optimum range for the core to face sheet stiffness ratio by considering the existence of in-plane stress which significantly affects the natural frequencies of DCSP are presented.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.666-671
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2018
A honeycomb panel is a plate made by attaching two surface plateson eitherside of a honeycomb core. The honeycomb plate hasexcellent specific strength and energy absorption and is suitable for use in regions where good impact resistance is required. Recently, with the increasing the need for a lightweight design to facilitate transportation, numerous studies have been conducted using aluminum honeycomb plates as body materials for vehicles such as automobiles and high-speed trains. In addition, honeycomb plates have excellent sound deadening properties, as well as excellent heat insulation and durability. Savings in weight using lightweight materials such as aluminum alloy for honeycomb panel's skin can lead to increase fuel economy and reduction in air pollution. In this study, in order to improve the design technology of the honeycomb plate material, the manufacturing technology of the aluminum honeycomb core and honeycomb plate material and various mechanical properties of the honeycomb plate were evaluated. From the results, it was found that the design of the manufacturing process of the aluminum honeycomb plate, as well as itsproduction and characteristics, were improved. The resulting excellent energy absorption capability of the honeycomb plate was due to the repetitive core buckling, indicating that the higher the compressive strength, the higher the strength per bonded area.
PURPOSES: Current theories for composite structures are too difficult for design engineers for construction. The purpose of this paper is to demonstrate to the practicing engineers, how to apply the advanced composite materials theory to the road structures. METHODS: Some laminate orientations have decreasing values of $D_{16}$, $B_{16}$, $D_{26}$ and $B_{26}$ stiffnesses as the ply number increases. The plate aspect ratio considered is from 1 to 5. In order to study the effect of $M_x$ on the equilibrium equations, two cases are considered. $M_x$ term is considered or neglected. RESULTS: Most of the road structures have high aspect ratios, for such cases further simplification is possible by neglecting the effect of the longitudinal moment terms. CONCLUSIONS: Most of the road structures have plate aspect ratios higher than 2. It is concluded that, for all boundary conditions, neglecting the longitudinal moment($M_x$) terms is acceptable if the aspect ratio (a/b) is equal to or higher than 2. This conclusion gives good guide line for design of the road structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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