Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.259-268
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2000
Because of their superior mechanical properties to isotropic materials, composite laminated plates are used for many structural applications that require high stiffness-to-weight and strength-to-weight ratios. Composite materials are always subject to a certain amount of scatter in their elastic moduli, but most analyses and designs with the materials are usually conducted by assuming that the material properties are fixed and have no uncertainties. In this paper, a convex modeling approach is introduced to take account of such uncertainties in elastic moduli. It is used with the finite element method to predict the onset of failures in composite laminated plates subject to in-plane loading. Numerical results show that failures begin at the smaller load when the uncertainties of elastic moduli considered and therefore, such uncertainties should be considered at the design stage for the safety and reliability of the structures.
The vibration characteristics of post-buckled laminated composite doubly curved shells are investigated. The finite element method is used for the analysis of post-buckling and free vibration of post-buckled laminated shells. The geometric non-linear finite element model includes the general non-linear terms in the strain-displacement relationships. The shell geometry used in the present formulation is derived using an orthogonal curvilinear coordinate system. Based on the principle of virtual work the non-linear finite element equations are derived. Arc-length method is implemented to capture the load-displacement equilibrium curve. The vibration characteristics of post-buckled shell are performed using tangent stiffness obtained from the converged deflection. The code is first validated and then employed to generate numerical results. Parametric studies are performed to analyze the snapping and vibration characteristics. The relationship between loads and fundamental frequencies and between loads and the corresponding displacements are determined for various parameters such as thickness ratio and shallowness.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.3
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pp.155-166
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2010
I review research on self-sensing and structural optimizations of laminated carbon/epoxy composites in Japan. Self-sensing is one of the multiple functions of composites; i.e., carbon fiber is used as a sensor as well as reinforcement. I present a controversial issue in self-sensing and detail research results. Structural optimization of laminated CFRP composites is indispensable in reducing the weights of modern aerospace structural components. I present a modified efficient global search method using the multi-objective genetic algorithm and fractal branch and bound method. My group has focused its research on these subjects and our research results are presented here.
This paper deals with multiobjective optimization of symmetrically laminated composite angle-ply annular sector plates subjected to axial uniform pressure load and thermal load. The design objective is the maximization of the weighted sum of the critical buckling load and fundamental frequency. The design variable is the fibre orientations in the layers. The performance index is formulated as the weighted sum of individual objectives in order to obtain the optimum solutions of the design problem. The first-order shear deformation theory is used for the mathematical formulation. Finally, the effects of different weighting factors, annularity, sector angle and boundary conditions on the optimal design are investigated and the results are compared.
This paper presents a multi-layer finite element for buckling and free vibration analyses of laminated beams based on a higher-order layer-wise theory. An N-layer beam element with (9N + 7) degrees-of-freedom is proposed for analyses. Delamination and slip between the layers are not allowed. Element matrices for the single- and multi-layer beam elements are derived by Lagrange's equations. Buckling loads and natural frequencies are calculated for different end conditions and lamina stacking. Comparisons are made to show the accuracy of proposed element.
Formulation of an 8 nodes assumed strain shell element is presented for the analysis of shells. The stiffness matrix based on the Mindlin-Reissner theory is analytically integrated through the thickness. The element is free of membrane and shear locking behavior by using the assumed strain method such that the element performs very well in modeling of thin shell structures. The material is assumed to be isotropic and laminated composite. The element has six degrees of freedom per node and can model the stiffened plates and shells. A great number of numerical testing carried out for the validation of present 8 node shell element are in good agreement with references.
A new analytical solution based on a third order shear deformation theory for the problem of static analysis of cross-ply doubly-curved shells is presented. The boundary-discontinuous generalized double Fourier series method is used to solve highly coupled linear partial differential equations with the mixed type simply supported boundary conditions prescribed on the edges. The complementary boundary constraints are introduced through boundary discontinuities generated by the selected boundary conditions for the derivation of the complementary solution. The numerical accuracy of the solution is compared by studying the comparisons of deflections, stresses and moments of symmetric and anti-symmetric laminated shells with finite element results using commercially available software under uniformly distributed load. Results are in good agreement with finite element counterparts. Additional results of the symmetric and anti-symmetric laminated and sandwich shells under single point load at the center and pressure load, are presented to provide data for the unsolved boundary conditions, benchmark comparisons and verifications.
In this research, buckling analysis of an embedded laminated composite plate is investigated. The elastic medium is simulated with spring constant of Winkler medium and shear layer. With considering higher order shear deformation theory (Reddy), the total potential energy of structure is calculated. Using Principle of Virtual Work, the constitutive equations are obtained. The analytical solution is performed in order to obtain the buckling loads. A detailed parametric study is conducted to elucidate the influences of the layer numbers, orientation angle of layers, geometrical parameters, elastic medium and type of load on the buckling load of the system. Results depict that the highest buckling load is related to the structure with angle-ply orientation type and with increasing the angle up to 45 degrees, the buckling load increases.
In the present paper, a new high-order simple-input analytical method is used to study thick laminated composite straight tubes subjected to combined axial force, torque and bending moment. The most general displacement field of elasticity for an arbitrary laminated composite straight tube is obtained to analytically calculate stresses under combined loadings based on a layerwise method. The accuracy of the proposed method is subsequently verified by comparing the numerical results obtained using the proposed method with finite element method (FEM) and experimental data. The results show good corresponded. The proposed method provides advantages in terms of computational time compared to FEM.
Satellites with flexible lightweight solar panels are sensitive to vibration that is caused by internal actuators such as reaction or momentum wheels which are used to control the attitude of the satellite. Any infinitesimal amount of unbalance in the reaction wheels rotors will impose a harmonic excitation which may interact with the solar panels structure. Therefore, quenching the solar panel's vibration is of a practical importance. In the present work, the panels are modeled as laminated composite beam using first-order shear deformation laminated plate theory which accounts for rotational inertia as well as shear deformation effects. The vibration suppression is achieved by bonding patches of piezoelectric material with suitable dimensions at selected locations along the panel. These patches are actuated by driving control voltages. The governing equations for the system are formulated and the dynamic Green's functions are used to present an exact yet simple solution for the problem. A guide lines is proposed for determining the values of the driving voltage in order to suppress the induced vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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