In this work, a simple four-variable trigonometric shear deformation model with undetermined integral terms to consider the influences of transverse shear deformation is applied for the dynamic analysis of anti-symmetric laminated composite and soft core sandwich plates. Unlike the existing higher order theories, the current one contains only four unknowns. The equations of motion are obtained using the principle of virtual work. The analytical solution is determined by solving the eigenvalue problem. The influences of geometric ratio, modular ratio and fibre angle are critically evaluated for different problems of laminated composite and sandwich plates. The eigenfrequencies obtained using the current theory are verified by comparing the results with those of other theories and with the exact elasticity solution, if any.
An exact dynamic analytical method for free vibrations of continuous partial-interaction composite beams is proposed based on the Timoshenko beam theory. The main advantage of this method is that the independent shear deformations and rotary inertia of sub-beams are considered, which is more in line with the reality. Therefore, the accuracy of eigenfrequencies obtained by this method is significantly improved, especially for higher order modes, compared to the existing methods where the rotary angles of both sub-beams are assumed to be equal irrespective of the differences in the shear stiffness of each sub-beam. Furthermore, the solutions obtained by the proposed method are exact owing to no introduction of approximated displacement and force fields in the derivation. In addition, an exact analytical solution for the case of simply supported is obtained. Based on this, an approximate expression for the fundamental frequency of continuous partial-interaction composite beams is also proposed, which is useful for practical engineering applications. Finally, the practicability and effectiveness of the proposed method and the approximate expression are explored using numerical and experimental examples; The influence factors including the interfacial interaction, shear modulus ratio, span-to-depth ratio, and side-to-main span length ratio on the eigenfrequencies are presented and discussed in detail.
A relatively simple two-dimensional multilayered shell model is presented for predicting both global quantities and stress distributions across the thickness of multilayered thick shells, that is based on a third-order zig-zag approach. As for any zig-zag model, the layerwise kinematics is accounted for, with the stress continuity conditions at interfaces met a priori. Moreover, the shell model satisfies the zero transverse shear stress conditions at the upper and lower free surfaces of the shell, irrespective of the lay-up. By changing the parameters in the displacement model, some higher order shell models are obtained as particular cases. Although it potentially has a wide range of validity, application is limited to cylindrical shell panels in cylindrical bending, a lot of solutions of two-dimensional models based on rather different simplyfying assumptions and the exact three-dimensional elasticity solution being available for comparisons for this benchmark problem. The numerical investigation performed by the present shell model and by the shell models derived from it illustrates the effects of transverse shear modeling and the range of applicability of the simplyfying assumptions introduced. The implications of retaining only selected terms depending on the radius-to-thickness ratio are focused by comparing the present solutions to the exact one and to other two-dimensional solutions in literature based on rather different simplyfying assumptions.
Alazwari, Mashhour A.;Esen, Ismail;Abdelrahman, Alaa A.;Abdraboh, Azza M.;Eltaher, Mohamed A.
Advances in nano research
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v.12
no.3
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pp.231-251
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2022
Dynamic behavior of temperature-dependent Reddy functionally graded (RFG) nanobeam subjected to thermomagnetic effects under the action of moving point load is carried out in the present work. Both symmetric and sigmoid functionally graded material distributions throughout the beam thickness are considered. To consider the significance of strain-stress gradient field, a material length scale parameter (LSP) is introduced while the significance of nonlocal elastic stress field is considered by introducing a nonlocal parameter (NP). In the framework of the nonlocal strain gradient theory (NSGT), the dynamic equations of motion are derived through Hamilton's principle. Navier approach is employed to solve the resulting equations of motion of the functionally graded (FG) nanoscale beam. The developed model is verified and compared with the available previous results and good agreement is observed. Effects of through-thickness variation of FG material distribution, beam aspect ratio, temperature variation, and magnetic field as well as the size-dependent parameters on the dynamic behavior are investigated. Introduction of the magnetic effect creates a hardening effect; therefore, higher values of natural frequencies are obtained while smaller values of the transverse deflections are produced. The obtained results can be useful as reference solutions for future dynamic and control analysis of FG nanobeams reinforced nanocomposites under thermomagnetic effects.
This paper deals with the dynamic buckling behavior of truncated conical shells composed of carbon nanotube composites, an important area of study in view of their very wide engineering applications in aerospace industries. In this regard, the effective material properties of the nanocomposite have been computed using the Mori-Tanaka model, which has already been established for such analyses. The motion equations ruling the structure's behavior are derived using first order shear deformation theory, Hamilton's principle, and energy method. This will provide adequate background information on its dynamic response. In an effort to probe the dynamic instability region of the structure, differential quadrature method combined with Bolotin's method will be adopted to tackle the resulting motion equations, which enables efficient and accurate analysis. This work considers the effect of various parameters in the geometrical parameters and the volume fraction of CNTs on the structure's DIR. Specifically, it became clear that increasing the volume fraction of CNTs shifted the frequency range of the DIR to higher values, indicating the significant role of nanocomposite composition regarding structure stability.
The shell structures with composite materials have the advantages in strength, corrosion resistance, and weight reduction. The objective of this study is to analyze anisotropic composite circular cylindrical shells with shear deformation theory. In applying numerical methods to solve differential equations of anisotropic shells, this paper use finite difference method. The accuracy of the numerical method can be improved by taking higher order of interval ${\Delta}$ to reduce error. This study compares the results of finite difference method with the results of ANSYS based on finite element method. Several numerical examples show the advantages of the stiffness increasement when the composite materials aroused. Therefore, it is expected that results of this study give various guides for change of the subtended angles, load cases, boundary conditions, and side-to-thickness ratio.
This work presents a non-linear cylindrical bending analysis of functionally graded plate reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in thermal environment using a simple integral higher-order shear deformation theory (HSDT). This theory does not require shear correction factors and the transverse shear stresses vary parabolically through the thickness. The material properties of SWCNTs are assumed to be temperature-dependent and are obtained from molecular dynamics simulations. The material properties of functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTCRs) are considered to be graded in the thickness direction, and are estimated through a micromechanical model. The non-linear strain-displacement relations in the Von Karman sense are used to study the effect of geometric non-linearity and the solution is obtained by minimization of the total potential energy. The numerical illustrations concern the nonlinear bending response of FG-CNTRC plates under different sets of thermal environmental conditions, from which results for uniformly distributed CNTRC plates are obtained as benchmarks.
Karami, Behrouz;Shahsavari, Davood;Janghorban, Maziar;Li, Li
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.2
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pp.191-207
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2020
This study aims at investigating the size-dependent free vibration of porous nanoplates when exposed to hygrothermal environment and rested on Kerr foundation. Based on the modified power-law model, material properties of porous functionally graded (FG) nanoplates are supposed to change continuously along the thickness direction. The generalized nonlocal strain gradient elasticity theory incorporating three scale factors (i.e. lower- and higher-order nonlocal parameters, strain gradient length scale parameter), is employed to expand the assumption of second shear deformation theory (SSDT) for considering the small size effect on plates. The governing equations are obtained based on Hamilton's principle and then the equations are solved using an analytical method. The elastic Kerr foundation, as a highly effected foundation type, is adopted to capture the foundation effects. Three different patterns of porosity (namely, even, uneven and logarithmic-uneven porosities) are also considered to fill some gaps of porosity impact. A comparative study is given by using various structural models to show the effect of material composition, porosity distribution, temperature and moisture differences, size dependency and elastic Kerr foundation on the size-dependent free vibration of porous nanoplates. Results show a significant change in higher-order frequencies due to small scale parameters, which could be due to the size effect mechanisms. Furthermore, Porosities inside of the material properties often present a stiffness softening effect on the vibration frequency of FG nanoplates.
Kar, Vishesh R.;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.1011-1033
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2015
In this article, large amplitude bending behaviour of laminated composite flat panel under combined effect of moisture, temperature and mechanical loading is investigated. The laminated composite panel model has been developed mathematically by introducing the geometrical nonlinearity in Green-Lagrange sense in the framework of higher-order shear deformation theory. The present study includes the degraded composite material properties at elevated temperature and moisture concentration. In order to achieve any general case, all the nonlinear higher order terms have been included in the present formulation and the material property variations are introduced through the micromechanical model. The nonlinear governing equation is obtained using the variational principle and discretised using finite element steps. The convergence behaviour of the present numerical model has been checked. The present proposed model has been validated by comparing the responses with those available published results. Some new numerical examples have been solved to show the effect of various parameters on the bending behaviour of laminated composite flat panel under hygro-thermo-mechanical loading.
Benaoum, Abdelhak;Youzera, Hadj;Abualnour, Moussa;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Meftah, Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.80
no.6
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pp.727-736
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2021
In this work, mathematical modeling of the passive vibration controls of a three-layered sandwich beam under hard excitation is developed. Kelvin-Voigt Viscoelastic model is considered in the core. The formulation is based on the higher-order zig-zag theories where the normal and shear deformations are taken into account only in the viscoelastic core. The dynamic behaviour of the beam is represented by a complex highly nonlinear ordinary differential equation. The method of multiple scales is adopted to solve the analytical frequency-amplitude relationships in the super-harmonic resonance case. Parametric studies are carried out by using HSDT and first-order deformation theory by considering different geometric and material parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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