This paper deals with the applicability of extended layerwise optimization method (ELOM) for frequency optimization of laminated composite plates. The design objective is the maximization of the fundamental frequency of the laminated plates. The fibre orientations in the layers are considered as design variables. The first order shear deformation theory (FSDT) is used for the finite element solution of the laminates. Finally, the numerical analysis is carried out to show the applicability of extended layerwise optimization algorithm of laminated plates for different parameters such as plate aspect ratios and boundary conditions.
Mohammad Sadegh Tayebi;Sattar Jedari Salami;Majid Tavakolian
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.4
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pp.445-459
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2023
The current investigation is the first endeavor to apply the full layerwise finite element method (FEM) in free vibration analysis of functionally graded (FG) composite plates reinforced with graphene nanoplatelets (GPLs) in thermal environment. Unlike the equivalent single-layer (ESL) theories, the layerwise FEM focuses on all three-dimensional (3D) effects. The GPLs weight fraction is presumed invariable in each layer but varies through the plate thickness in a layerwise model. The modified Halpin-Tsai model is employed to acquire the effective Young's modulus. The rule of mixtures is applied to specify the effective Poisson's ratio and mass density. First, the current method is validated by comparing the numerical results with those stated in the available works. Next, a thorough numerical study is performed to examine the influence of various factors involving the pattern of distribution, weight fraction, geometry, and size of GPLs, together with the thickness-to-span ratio, thermal environment, and boundary conditions of the plate, on its free vibration behaviors. Numerical results demonstrate that employing a small percentage of GPL as reinforcement considerably grows the natural frequencies of the pure epoxy. Also, distributing more square-shaped GPLs, involving a smaller amount of graphene layers, and vicinity to the upper and lower surfaces make it the most efficient method to enhance the free vibration behaviors of the plate.
This paper deals with the applicability of a new extended layerwise optimization method for thermal buckling load optimization of laminated composite plates. The design objective is the maximization of the critical thermal buckling of the laminated plates. The fibre orientations in the layers are considered as design variables. The first order shear deformation theory (FSDT) is used for the finite element solution of the laminates. Finally, the numerical analysis is carried out to show the applicability of extended layerwise optimization algorithm of laminated plates for different parameters such as plate aspect ratios and boundary conditions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.12
s.105
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pp.1361-1369
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2005
Based on a full layerwise displacement shell theory, the nitration and damping characteristics of cylindrical sandwiched panels with viscoelastic layers are investigated. The transverse shear deformation and the normal strain of the cylindrical hybrid panels are fully taken into account for the structural damping modelling. The present finite element model Is formulated by using Hamilton's virtual work principle and the cylindrical curvature of hybrid panels is exactly modeled. Modal loss factors and frequency response functions are analyzed for various structural parameters of cylindrical sandwich panels. Present results show that the full layerwise finite element method can accurately predict the vibration and damping characteristics of the cylindrical hybrid panels with surface damping treatments and constrained layer damping.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.772-778
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2005
Based on a full layerwise displacement shell theory, the vibration and damping characteristics of cylindrical sandwiched panels with viscoelastic layers are investigated. The transverse shear deformation and the normal strain of the cylindrical hybrid panels are fully taken into account for the structural damping modelling. The present finite element model is formulated by using Hamilton's virtual work principle and the cylindrical curvature of hybrid panels is exactly modeled. Modal loss factors and frequency response functions are analyzed for various structural parameters of cylindrical sandwich panels. Present results show that the full layerwise finite element method can accurately predict the vibration and damping characteristics of the cylindrical hybrid panels with surface damping treatments and constrained layer damping.
Hajmohammad, Mohammad Hadi;Zarei, Mohammad Sharif;Farrokhian, Ahmad;Kolahchi, Reza
Advances in nano research
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v.6
no.4
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pp.299-321
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2018
A layerwise shear deformation theory is applied in this paper for buckling analysis of piezoelectric truncated conical shell. The core is a multiphase nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and carbon fibers. The top and bottom face sheets are piezoelectric subjected to 3D electric field and external voltage. The Halpin-Tsai model is used for obtaining the effective moisture and temperature dependent material properties of the core. The proposed layerwise theory is based on Mindlin's first-order shear deformation theory in each layer and results for a laminated truncated conical shell with three layers considering the continuity boundary condition. Applying energy method, the coupled motion equations are derived and analyzed using differential quadrature method (DQM) for different boundary conditions. The influences of some parameters such as boundary conditions, CNTs weight percent, cone semi vertex angle, geometrical parameters, moisture and temperature changes and external voltage are investigated on the buckling load of the smart structure. The results show that enhancing the CNTs weight percent, the buckling load increases. Furthermore, increasing the moisture and temperature changes decreases the buckling load.
A layerwise (LW) formulation based on the Galerkin method is presented to investigate the three-dimensional stress state in long sandwich plate which is subjected to tension force and pure bending moment. Based on the Galerkin method and the LW discretization approach, the equilibrium equations of elasticity for the long plate are written in the weak form and discretized through the thickness of the plate. The discretized equations are written in terms of displacement components of the numerical layers. The governing equations of the plate are solved analytically for the free edge boundary conditions. The distribution of stress state especially the 3D stress state in the vicinity of the edges of the sandwich plate which is subjected to tension and pure bending is studied. In order to increase the accuracy, the out of plane stresses are obtained by integrating the equilibrium equations of elasticity. The convergence and accuracy of the predictions are studied and various numerical results are presented for distribution of the in-plane and out of plane stresses in symmetric and un-symmetric sandwich plates.
Based on a reduced displacement field, a layer-wise (LW) formulation is developed for analysis of thick shell panels which is subjected to axial tension. Employing the principle of minimum total potential energy, the local governing equations of thick panel which is subjected to axial extension are obtained. An analytical method is developed for solution of the governing equations for various edge conditions. The governing equations are solved for free and simply supported edge conditions. The interlaminar stresses in the panel are investigated by means of Hooke's law and also by means of integration of the equilibrium equations of elasticity. Dependency of the result upon the number of numerical layers in the layerwise theory (LWT) is studied. The accuracy of the numerical results is validated by comparison with the results of the finite element method and with other available results in the open literature and good agreement is seen between the results. Numerical results are then presented for the distribution of interlaminar normal and shear stresses within the symmetric and un-symmetric cross-ply thick panels with free and simply supported boundaries. The effects of the geometrical parameters such as radius to thickness and width to thickness ratio are investigated on the distribution of the interlaminar stresses in thick panels.
The aim of this work is the development of a 2D quadrilateral isoparametric finite element model, based on a layerwise approach, for the bending analysis of sandwich plates. The face sheets and the core are modeled individually using, respectively, the first order shear deformation theory and the third-order plate theory. The displacement continuity condition at the interfaces 'face sheets-core' is satisfied. The assumed natural strains method is introduced to avoid an eventual shear locking phenomenon. The developed element is a four-nodded isoparametric element with fifty two degrees-of-freedom (52 DOF). Each face sheet has only two rotational DOF per node and the core has nine DOF per node: six rotational degrees and three translation components which are common for the all sandwich layers. The performance of the proposed element model is assessed by six examples, considering symmetric/unsymmetric composite sandwich plates with different aspect ratios, loadings and boundary conditions. The numerical results obtained are compared with the analytical solutions and the numerical results obtained by other authors. The results indicate that the proposed element model is promising in terms of the accuracy and the convergence speed for both thin and thick plates.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.2
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pp.191-198
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2010
This study investigated that the stress reduction of single edge cracked plates with patch repairs according to different type of patching such as material, size and thickness of patch and adhesive as well as single sided or double sided patches. As a numerical tool, the p-convergent partial layerwise model has been employed. The proposed model is formulated by assuming piecewise linear variation of in-plane displacement and a constant value of out-of-plane displacements across thickness. The integrals of Legendre polynomials are chosen to define displacement fields and Gauss-Lobatto numerical integration is implemented in order to directly obtain maximum values occurred at the nodal points of each layer without other extrapolation techniques. Also, total strain energy release rate method is adopted to obtain stress intensity factors. Numerical examples are presented not only to demonstrate the stress reduction effect in terms of non-dimensional stress intensity factor and deflection with respect to different type of patch repairs, but also the accuracy of proposed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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