Impact damages induced by a low-velocity impact load on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite plates fabricated with various stacking sequences were studied experimentally. The impact responses of the CFRP composite plates were significantly affected by the laminate stacking sequences. Three types of specimens, specifically quasi-isotropic, unidirectional, and cross-ply, were tested by a constant impact carrying the same impact energy level. An impact load of 3.44 kg, corresponding to 23.62 J, was applied to the center of each plate supported at the boundaries. The unidirectional composite plate showed the worst impact resistance and broke completely into two parts; this was followed by the quasi-isotropic lay-up plate that was perforated by the impact. The cross-ply composite plate exhibited the best resistance to the low-velocity impact load; in this case, the impactor bounced back. Impact parameters such as the peak impact force and absorbed energy were evaluated and compared for the impact resistant characterization of the composites made by different stacking sequences.
This paper presents the development of a new analytical solution to the governing differential equation for isotropic annular sector plates subjected to uniform loading in a three-dimensional polar coordinate system. The 4th order governing partial differential equation (PDE) was converted to an ordinary differential equation (ODE) by assuming the Levy-type series solution form and the subsequent mathematical operations. Finally, a series-type solution was assembled with homogeneous and nonhomogeneous solution parts after operating real values and complex conjugates derived from the characteristic equation. To demonstrate the convergence rate and the accuracy of the featured method, several examples with various sector angles were selected and solved. The deflections and internal moments in the example annular sector plates that were obtained from the proposed solution were compared with those obtained from other analytical studies and numerical analyses using the finite element analysis package program, ABAQUS. Very good agreement with the results of other analytical and numerical methodologies was shown.
The response of functionally graded ceramic-metal plates is investigated using theoretical formulation, Navier's solutions, and a new displacement based on the high-order shear deformation theory are presented for static analysis of functionally graded plates. The theory accounts for a quadratic variation of the transverse shear strains across the thickness, and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The plates are assumed to have isotropic, two-constituent material distribution through the thickness, and the modulus of elasticity of the plate is assumed to vary according to a power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Numerical results of the new refined plate theory are presented to show the effect of the material distribution on the deflections, stresses and fundamental frequencies. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the static and free vibration behavior of functionally graded plates.
Bouchafa, Ali;Bouiadjra, Mohamed Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.18
no.6
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pp.1493-1515
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2015
A new refined hyperbolic shear deformation theory (RHSDT), which involves only four unknown functions as against five in case of other shear deformation theories, is presented for the thermoelastic bending analysis of functionally graded sandwich plates. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. The sandwich plate faces are assumed to have isotropic, two-constituent material distribution through the thickness, and the modulus of elasticity, Poisson's ratio of the faces, and thermal expansion coefficients are assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. Several kinds of sandwich plates are used taking into account the symmetry of the plate and the thickness of each layer. The influences played by the transverse shear deformation, thermal load, plate aspect ratio and volume fraction distribution are studied. Numerical results for deflections and stresses of functionally graded metal-ceramic plates are investigated. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the thermoelastic bending behavior of functionally graded plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.5
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pp.849-863
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1992
A very simple and computationally efficient numerical method is developed for the free vibration of isotropic and orthotropic composite triangular plates. A set of two-dimensional simple series functions is used as an admissible displacement functions in the Rayleigh-Ritz method to obtain the natural frequencies, nodal patterns and mode shapes for the plates. From the prescribed starting function satisfying only the geometric boundary conditions, the higher terms in the series functions are constructed with adding order of polynominal. Natural frequencies, nodal patterns and mode shapes are obtained for right triangular plates with three different support conditions. The obtained numerical results are presented, and the isotropic and some orthotropic cases are verified with other numerical methods in the liternature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2640-2652
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1994
The stiffness of 6-node isotropic element is stiffer than that of 8-node isotropic element of same configuration. This phenomenon was called 'Relative Stiffness Stiffening Phenomenon'. In this paper, an equation of sampling point modification which correct this phenomenon was derived for the composite plate, as well as an equation for an isotropic plate. The relative stiffness stiffening phenomena of an isotropic plate element could be corrected by modifying Gauss sampling points in the numerical integration of stiffness matrix. This technique could also be successfully applied to the static analyses of composite plate modeled by the 3-dimensional 16-node elements. We predicted theoretical errors of stiffness versus the number of layers that result from the reduction of numerical integration order. These errors coincide very well with the actual errors of stiffness. Therefore, we can choose full integration of reduced integration based upon the permissible error criterion and the number of layers by using the thoretically predicted error.
In this study, the state equation for axisymmetric bending of laminated transversely isotropic circular plates on elastic foundation is established on the basis of three-dimensional elasticity. By using the expansions of Bessel functions, an analytical solution of the problem is presented. As a result, all the fundamental equations of three-dimensional elasticity can be satisfied exactly and all the independent elastic constants can be fully taken into account. Furthermore, the continuity conditions at the interfaces of plies can also be satisfied.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1485-1492
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1992
While the vibration of circular plates were considered by many researchers, rather less attention is given to elliptical plates. In the present paper, the Rayleigh-Ritz mothod is used to obtain an eigenvalue equation for the free flexural vibration of thin elliptical plates having the classical free, simply suported or clmped boundary condition. Circular plates are included as a special case of the elliptical plates. Products of simple polynomials are used as the admissible functions and a recurrence relationship facilitates the evaluation of the necessary integrals. The analysis is developed for rectilinear orthotropic plates but the numerical results are given for isotropic plates with various aspect ratios.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.10a
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pp.121-126
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1991
In his recent book, D.H. Kim proposes to use the quasi-isotropic constants by Tsai for the preliminary design of the composite primary structures for the civil construction. Such structures generally require a large number of laminae layers. Simple equations which can predict "exact" values of the buckling strength, the natural frequency of vibration, and the deflection for the special orthotropic laminates are presented. Many laminates with certain orientations lave decreasing values of B$\_$16/ and B$\_$26/ as the number of plies increases. Such laminates, with D$\_$16/=D$\_$26/\longrightarrow0, including the laminates with anti-symmetric configurations can be solved by the same equation for the special orthotropic laminates. If the quasi-isotropic constants are used, the equations for the Isotropic plates can be used. Use of some coefficients can produce "exact" value for laminates with such configuration.
Saidi, Hayat;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbas Adda
Steel and Composite Structures
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v.15
no.2
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pp.221-245
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2013
This paper presents an analytical solution to the thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by using a new hyperbolic shear deformation theory in which the stretching effect is included. The modulus of elasticity of plates is assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The effects of functionally graded material (FGM) layer thickness, volume fraction index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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