The paper presents the formulation of 3-nodal line semi-analytical Mindlin-Reissner finite strip in the buckling analysis of thin-walled members, which are subjected to arbitrary loads. The finite strip is simply supported in two opposite edges. The general loading and in-plane rotation techniques are used to develop this finite strip. The linear stiffness matrix and the geometric stiffness matrix of the finite strip are given in explicit forms. To validate the proposed model and study its performance, numerical examples of some thin-walled sections have been performed and the results obtained have been compared with finite element models and the published ones.
본 연구에서는 등방성 및 복합적층판 해석을 위해 추가변형률을 갖는 개선된 4절점 Reissner-Mindlin 평판휨요소를 제안하였다. 전단잠김현상과 가상적인 제로에너지모드를 제거하기 위해 비적합 변위모드와 Bubble 함수식에 근거한 새로운 형태의 전단변형률을 추가함으로써 횡방향 전단거동을 개선하였다. Andelfinger와 Ramm(1993)이 제시한 기본적인 추가변형률은 면내거동을 개선시키고자 그대로 적용하였다. 1차전단변형이론에 근거한 새로 개발된 4절점 평판요소를 '14EASP'라 명하였다. 14EASP 유한요소의 특징과 성능을 평가하고자 몇가지의 수치해석예제를 적용하였으며, 다른 유한요소 및 해석적인 해와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 14EASP는 보다 안정적이고, 수렴성이 빠르며, 특히 요소형상이 왜곡된 경우에도 정확한 결과를 도출하였다.
Theoretical models to study the vibro-acoustic performance of a sandwich panel are proposed. The wave propagation characteristics are analyzed, and dispersion relation is derived. The vibration Is analyzed using the Mindlin plate theory. The vibration of the compliantly supported Mindlin plate is investigated using the Rayleigh-Ritz method. The Timoshenko beam functions are used as trial functions. The model is applied to numerically investigate the influence of the plate mechanical properties. The vibro-acoustic properties are mostly determined by bending deformation at low frequencies. At higher frequencies, the shear deformation has a strong influence. The proposed numerical model is used to estimate the optimal panel properties that result in minimum sound radiation. With increasing dynamic stiffnesses the vibration response decreases but the radiating wavenumber components increase.
Free transverse vibration of shear deformable super-elliptical plates with uniform thickness was studied based on Mindlin plate theory using finite element method. Quadrilateral isoparametric elements were used in the paper. Sensitivity analysis was made to determine the influence of the thickness, the aspect ratio, and the shape of the plate on the natural frequency. Accuracy of the results computed in the current study was validated by comparing them with the solutions available in the literature. The results reveal that the frequencies of clamped super-elliptical plates lie in the range bounded by elliptical and rectangular plates irrespective of the aspect ratio, and furthermore, the frequency decreases if the super-elliptical power increases. A similar trend was observed for simply supported plates with high aspect ratio. The free vibration response for the first and the second symmetric-antisymmetric (SA) modes were found to be different for high aspect ratio. The results reveal that using insufficient number of degrees of freedom results in finding a totally different relation between the super-elliptical power and the frequency.
In the present study, the thermal buckling analysis of thick anisotropic laminated composite plates is carried out using the finite strip method based on the higher-order shear deformation theory. This theory accounts for the parabolic distribution of the transverse shear strains through the thickness of the plate and for zero transverse shear stresses on the plate surfaces. Therefore, this theory yields improved results over the Mindlin plate theory and eliminates the need for shear correction factors in calculating the transverse shear stiffness. The critical temperatures of simply supported rectangular cross-ply and angle-ply composite laminates are calculated. The effects of several parameters, such as the aspect ratio, the length-to-thickness ratio, the number of plies, fibre orientation and stacking sequence, are investigated.
In this proposed work, computational, finite element model far multi-delaminated plates will be developed. In the current analysis procedures of multi-delaminated plates, different elements are used at delaminated and undelaminated region separately. In the undelaminated region, plate element based on Mindlin plate theory is used in order to obtain accurate results of out-of-plane displacement of thick plate. And for delaminated region, plate element based on Kirchhoff plate theory is considered. To satisfy the displacement continuity conditions, displacement vector based on Kirchhoff theory is transformed to displacement of transition element. Element mass and stiffness matrices of each region (delaminated, undelaminated and transition region) will be assembled for global matrix.
Alile, Mohsen Rezvani;Foyouzat, Mohammad Ali;Mofid, Massood
Structural Engineering and Mechanics
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제83권6호
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pp.757-770
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2022
In this paper, the vibration of a moderately thick plate to a moving mass is investigated. Pasternak foundation with a variable subgrade modulus is considered to tackle the shortcomings of Winkler model, and an analytical-numerical solution is proposed based on the eigenfunction expansion method. Parametric studies by using both CPT (Classical Plate Theory) and FSDT (First-Order Shear Deformation Plate Theory) are carried out, and, the differences between them are also highlighted. The obtained results reveal that utilizing FSDT without considering the rotary inertia leads to a smaller deflection in comparison with CPT pertaining to a thin plate, while it demonstrates a greater response for plates of higher thicknesses. Moreover, it is shown that CPT is unable to properly capture the variation of the plate thickness, thereby diminishing the accuracy as the thickness increases. The outcomes also indicate that the presence of a foundation contributes more to the dynamic response of thin plates in comparison to moderately thick plates. Furthermore, the findings suggest that the performance of the moving force approach for a moderately thick plate, in contrast to a thin plate, appears to be acceptable and it even provides a much better estimation in the presence of a foundation.
This presentation examines the characteristics of torsional vibration in axisymmetric out-of-plane vibrations of an annular Mindin plate. The out-of-plane vibration of circular or annular plates have been investigated since a long years ago by many researchers. When the classical Kirchhoff plate theory neglecting the effect of transverse shear deformation is applied to a thick plate, its out-of-plane natural frequencies are much different from reality. And so, since Minlin presented a plate theory considering the effect of rotary inertia and transverse shear deformation, many researches for the out-of-plane natural vibration of circular or annular Mindin plates have been performed. But almost all researchers missed the torsional vibration due to transverse shear deformation in axisymmetric out-of-plane vibrations of the circular or annular Mindin plate. Therefore, in this presentation, we verify the existence of torsional vibration of an annular plate and present the natural frequencies of an annular plate with free outer boundary surface.
The purpose of this paper is to study free vibration analysis of thick plates resting on Winkler foundation using Mindlin's theory with shear locking free fourth order finite element, to determine the effects of the thickness/span ratio, the aspect ratio, subgrade reaction modulus and the boundary conditions on the frequency paramerets of thick plates subjected to free vibration. In the analysis, finite element method is used for spatial integration. Finite element formulation of the equations of the thick plate theory is derived by using higher order displacement shape functions. A computer program using finite element method is coded in C++ to analyze the plates free, clamped or simply supported along all four edges. In the analysis, 17-noded finite element is used. Graphs are presented that should help engineers in the design of thick plates subjected to earthquake excitations. It is concluded that 17-noded finite element can be effectively used in the free vibration analysis of thick plates. It is also concluded that, in general, the changes in the thickness/span ratio are more effective on the maximum responses considered in this study than the changes in the aspect ratio.
This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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