Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Mollaee, Saeed;Barati, Mohammad Reza;Afshari, Behzad Mohasel;Hamouda, A.M.S.
Computers and Concrete
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제26권1호
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pp.21-30
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2020
Buckling and post-buckling behaviors of geometrically imperfect annular sector plates made from nanoparticle reinforced composites have been investigated. Two types of nanoparticles are considered including graphene oxide powders (GOPs) and silicone oxide (SiO2). Nanoparticles are considered to have uniform and functionally graded distributions within the matrix and the material properties are derived using Halpin-Tsai procedure. Annular sector plate is formulated based upon thin shell theory considering geometric nonlinearity and imperfectness. After solving the governing equations via Galerkin's technique, it is showed that the post-buckling curves of annular sector plates rely on the geometric imperfection, nanoparticle type, amount of nanoparticles, sector inner/outer radius and sector open angle.
A new analytical buckling solution of a thermo-electro-magneto-elastic (TEME) cylindrical nano-shell made of BiTiO3-CoFe2O4 materials is obtained based on Hamiltonian approach. The Winkler and Pasternak elastic foundations as well as thermo-electro-magneto-mechanical loadings are applied, and two different types of edge conditions are taken into the investigation. According to nonlocal strain gradient theory (NSGT) and surface elasticity theory in conjunction with the Kirchhoff-Love theory, governing equations of the nano-shell are acquired, and the buckling bifurcation condition is obtained by adopting the Navier's method. The detailed parameter study is conducted to investigate the effects of axial and circumferential wave numbers, scale parameters, elastic foundations, edge conditions and thermo-electro-magnetic loadings on the buckling behavior of the nano-shell. The proposed model can be applied in design and analysis of TEME nano components with multi-field coupled behavior, multiple edge conditions and scale effect.
Because of sandwich structures with low weight and high stiffness have much usage in various industries such as civil and aerospace engineering, in this article, buckling and free vibration analyses of coupled micro composite sandwich plates are investigated based on sinusoidal shear deformation (SSDT) and most general strain gradient theories (MGSGT). It is assumed that the sandwich structure rested on an orthotropic elastic foundation and make of four composite face sheets with temperature-dependent material properties that they reinforced by carbon and boron nitride nanotubes and two flexible transversely orthotropic cores. Mathematical formulation is presented using Hamilton's principle and governing equations of motions are derived based on energy approach and applying variation method for simply supported edges under electro-magneto-thermo-mechanical, axial buckling and pre-stresses loadings. In order to predict the effects of various parameters such as material length scale parameter, length to width ratio, length to thickness ratio, thickness of face sheets to core thickness ratio, nanotubes volume fraction, pre-stress load and orthotropic elastic medium on the natural frequencies and critical buckling load of double-bonded micro composite sandwich plates. It is found that orthotropic elastic medium has a special role on the system stability and increasing Winkler and Pasternak constants lead to enhance the natural frequency and critical buckling load of micro plates, while decrease natural frequency and critical buckling load with increasing temperature changes. Also, it is showed that pre-stresses due to help the axial buckling load causes that delay the buckling phenomenon. Moreover, it is concluded that the sandwich structures with orthotropic cores have high stiffness, but because they are not economical, thus it is necessary the sandwich plates reinforce by carbon or boron nitride nanotubes specially, because these nanotubes have important thermal and mechanical properties in comparison of the other reinforcement.
Yiran Wu;Xianglin Yu;Yongjiu Shi;Yonglei Xu;Huiyong Ban
Steel and Composite Structures
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제47권2호
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pp.269-287
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2023
The WGJ420 fire-resistant weathering (FRW) steel is developed and manufactured with standard yield strength of 420 MPa at room temperature, which is expected to significantly enhance the performance of steel structures with excellent fire and corrosion resistances, strong seismic capacity, high strength and ductility, good resilience and robustness. In this paper, the mechanical properties of FRW steel plates and buckling behavior of columns are investigated through tests at elevated temperatures. The stress-strain curves, mechanical properties of FRW steel such as modulus of elasticity, proof strength, tensile strength, as well as corresponding reduction factors are obtained and discussed. The recommended constitutive model based on the Ramberg-Osgood relationship, as well as the relevant formulas for mechanical properties are proposed, which provide fundamental mechanical parameters and references. A total of 12 FRW steel welded I-section columns with different slenderness ratios and buckling load ratios are tested under standard fire to understand the global buckling behavior in-depth. The influences of boundary conditions on the buckling failure modes as well as the critical temperatures are also investigated. In addition, the temperature distributions at different sections/locations of the columns are obtained. It is found that the buckling deformation curve can be divided into four stages: initial expansion stage, stable stage, compression stage and failure stage. The fire test results concluded that the residual buckling capacities of FRW steel columns are substantially higher than the conventional steel columns at elevated temperatures. Furthermore, the numerical results show good agreement with the fire test results in terms of the critical temperature and maximum axial elongation. Finally, the critical temperatures between the numerical results and various code/standard curves (GB 51249, Eurocode 3, AS 4100, BS 5950 and AISC) are compared and verified both in the buckling resistance domain and in the temperature domain. It is demonstrated that the FRW steel columns have sufficient safety redundancy for fire resistance when they are designed according to current codes or standards.
The paper presents theoretical and experimental investigations on three varying thickness circular cylinders, which were tested to destruction under external hydrostatic pressure. The five buckling theories that were presented were based on inelastic shell instability. Three of these inelastic buckling theories adopted the finite element method and the other two theories were based on a modified version of the much simpler von Mises theory. Comparison between experiment and theory showed that one of the inelastic buckling theories that was based on the von Mises buckling pressure gave very good results while the two finite element solutions, obtained by dividing the theoretical elastic instability pressures by experimentally determined plastic knockdown factors gave poor results. The third finite element solution which was based on material and geometrical non-linearity gave excellent results. Electrical resistance strain gauges were used to monitor the collapse mechanisms and these revealed that collapse occurred in the regions of the highest values of hoop stress, where considerable deformation took place.
In this project, buckling response of polymeric plates reinforced with carbon nanotubes (CNTs) and coated by magnetostrictive layer was studied. The equivalent nanocomposite properties are determined using Mori-Tanak model considering agglomeration effects. The structure is simulated with first order shear deformation theory (FSDT). Employing strains-displacements, stress-strain, the energy equations of the structure are obtained. Using Hamilton's principal, the governing equations are derived considering the coupling of mechanical displacements and magnetic field. Using Navier method, the buckling load of the sandwich structure is obtained. The influences of volume percent and agglomeration of CNTs, geometrical parameters and magnetic field on the buckling load are investigated. Results show that with increasing volume percent of CNTs, the buckling load increases. In addition, applying magnetic field, increases the frequency of the sandwich structure.
Emadi, Maryam;Nejad, Mohammad Zamani;Ziaee, Sima;Hadi, Amin
Steel and Composite Structures
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제39권5호
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pp.565-581
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2021
In this paper the buckling analysis of the nanoplate made of arbitrary bi-directional functionally graded (BDFG) materials with small scale effects are investigated. To study the small-scale effects on buckling load, the Eringen's nonlocal theory is applied. Employing the principle of minimum potential energy, the governing equations are obtained. Generalize differential quadrature method (GDQM) is used to solve the governing equations for various boundary conditions to obtain the buckling load of BDFG nanoplates. These models can degenerate into the classical models if the material length scale parameter is taken to be zero. Comparison between the results of GDQ method and other papers for buckling analysis of a simply supported rectangular nano FGM plate reveals the accuracy of GDQ method. At the end some numerical results are presented to study the effects of material length scale parameter, plate thickness, aspect ratio, Poisson's ratio boundary condition and side to thickness ratio on size dependent Frequency.
The finite element solutions of thermal buckling load values of the graded sandwich curved shell structure are reported in this research using a higher-order kinematic model including the shear deformation effect. The numerical buckling temperature has been computed using an in-house specialized code (MATLAB environment) prepared in the framework of the current mathematical formulation. In addition, the mathematical model includes the excess structural distortion under the influence of elevated environment via Green-Lagrange nonlinear strain. The corresponding eigenvalue equation has been solved to predict the critical buckling temperature of the graded sandwich structure. The numerical stability and the accuracy of the current solution have been confirmed by comparing with the available published results. Thereafter, the model is extended to bring out the influences of structural parameters i.e. the curvature ratio, core-face thickness ratio, support conditions, power-law indices and sandwich types on the thermal buckling behavior of graded sandwich curved shell panels.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad;Arani, M.R. Ghorbanpour
Structural Engineering and Mechanics
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제69권4호
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pp.439-455
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2019
This research deals with thermo-electro-mechanical buckling analysis of the sandwich nano-beams with face-sheets made of functionally graded carbon nano-tubes reinforcement composite (FG-CNTRC) based on the nonlocal strain gradient elasticity theory (NSGET) considering various higher-order shear deformation beam theories (HSDBT). The sandwich nano-beam with FG-CNTRC face-sheets is subjected to thermal and electrical loads while is resting on Pasternak's foundation. It is assumed that the material properties of the face-sheets change continuously along the thickness direction according to different patterns for CNTs distribution. In order to include coupling of strain and electrical field in equation of motion, the nonlocal non-classical nano-beam model contains piezoelectric effect. The governing equations of motion are derived using Hamilton principle based on HSDBTs and NSGET. The differential quadrature method (DQM) is used to calculate the mechanical buckling loads of sandwich nano-beam as well as critical voltage and temperature rising. After verification with validated reference, comprehensive numerical results are presented to investigate the influence of important parameters such as various HSDBTs, length scale parameter (strain gradient parameter), the nonlocal parameter, the CNTs volume fraction, Pasternak's foundation coefficients, various boundary conditions, the CNTs efficiency parameter and geometric dimensions on the buckling behaviors of FG sandwich nano-beam. The numerical results indicate that, the amounts of the mechanical critical load calculated by PSDBT and TSDBT approximately have same values as well as ESDBT and ASDBT. Also, it is worthy noted that buckling load calculated by aforementioned theories is nearly smaller than buckling load estimated by FSDBT. Also, similar aforementioned structure is used to building the nano/micro oscillators.
Position of a circular or elliptical cutout within an orthotropic plate has great influence on its buckling behavior. This paper aims at finding the optimal position (both location and orientation) of a single circular/elliptical cutout, within an orthotropic rectangular plate, that maximizes the critical buckling load. We consider linear buckling of simply supported orthotropic plates under uniaxial edge loads. To obtain the optimal positions of the cutouts, we have employed a MATLAB optimization routine coupled with buckling computation in ANSYS. Our results show that the position of the cutout that maximizes the buckling load has great dependence on the material properties, laminate configurations, and the geometrical parameters of the plate. These optimal results, for a number of plate geometries and cutout sizes, are reported in this paper. These results will be useful in the design of perforated orthotropic plates against buckling failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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