Purpose: This study investigates mechanical behavior of functionally graded (FG) carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) plate in flexure. Isogeometric analysis (IGA) method coupled with shear deformable theory of higher-order (HSDT) to analyze the nonlinear bending response is presented. Method: Shear deformable plate theory into which a polynomial shear shape function and the von Karman type geometric nonlinearity are incorporated is used to derive the nonlinear equations of equilibrium for FG-CNTRC plate in bending. The modified Newton-Raphson iteration is adopted to solve the system equations. Result: The dispersion pattern of carbon nanotubes, plate geometric parameter and boundary condition have significant effects on the nonlinear flexural behavior of FG-CNTRC plate. Conclusion: The proposed IGA method coupled with the HSDT can successfully predict the flexural behavior of FG-CNTRC plate.
This paper presents a multimodal adaptive nonlinear static method of analysis that, differently from the nonlinear static methods suggested in seismic codes, does not require the definition of the equivalent Single-Degree-Of-Freedom (SDOF) system to evaluate the seismic response of structures. First, the proposed method is formulated for the assessment of r.c. plane frames and then it is extended to 3D framed structures. Furthermore, the proposed nonlinear static approach is re-elaborated as a displacement-based design method that does not require the use of the behaviour factor and takes into account explicitly the plastic deformation capacity of the structure. Numerical applications to r.c. plane frames and to a 3D framed structure with inplan irregularity are carried out to illustrate the attractive features as well as the limitations of the proposed method. Furthermore, the numerical applications evidence the uncertainty about the suitability of the displacement demand prediction obtained by the nonlinear static methods commonly adopted.
Chen, Xia-chun;Bai, Zhi-zhou;Zeng, Yu;Jiang, Rui-juan;Au, Francis T.K.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.5
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pp.1045-1067
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2016
Concrete bridges with corrugated steel webs and prestressed by both internal and external tendons have emerged as one of the promising bridge forms. In view of the different behaviour of components and the large shear deformation of webs with negligible flexural stiffness, the assumption that plane sections remain plane may no longer be valid, and therefore the classical Euler-Bernoulli and Timoshenko beam models may not be applicable. In the design of this type of bridges, both the ultimate load and ductility should be examined, which requires the estimation of full-range behaviour. An analytical sandwich beam model and its corresponding beam finite element model for geometric and material nonlinear analysis are developed for this type of bridges considering the diaphragm effects. Different rotations are assigned to the flanges and corrugated steel webs to describe the displacements. The model accounts for the interaction between the axial and flexural deformations of the beam, and uses the actual stress-strain curves of materials considering their stress path-dependence. With a nonlinear kinematical theory, complete description of the nonlinear interaction between the external tendons and the beam is obtained. The numerical model proposed is verified by experiments.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.5
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pp.204-209
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2003
An elastomeric bushing is a device used in automotive suspension systems to reduce the load transmitted from the wheel to the frame of the vehicle. A bushing is an elastomeric hollow cylinder which is bonded to a solid steel shaft at its inner surface and a steel sleeve at its outer surface. The relation between the load applied to the shaft or sleeve and the relative deformation of elastomeric bushing is nonlinear and exhibits features of viscoelasticity. A load-displacement relation for elastomeric bushing is important for dynamic numerical simulations. A boundary value problem for the bushing response leads to the load-displacement relation which requires complex calculations. Therefore, by modifying the constitutive equation fur a nonlinear viscoelastic incompressible material developed by Lianis, the data fur the elastomeric bushing material was obtained and this data was used to derive the new load-displacement relation for radial response of the bushing. After the load relaxation function for the bushing is obtained from the step displacement control test, Pipkin-Rogers model was developed, Solutions were allowed fur comparison between the results of Modified Lianis model and those of the proposed model. It is shown that the proposed Pipkin-Rogers model is in very good agreement with Modified Lianis model.
Kar, Vishesh R.;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.1011-1033
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2015
In this article, large amplitude bending behaviour of laminated composite flat panel under combined effect of moisture, temperature and mechanical loading is investigated. The laminated composite panel model has been developed mathematically by introducing the geometrical nonlinearity in Green-Lagrange sense in the framework of higher-order shear deformation theory. The present study includes the degraded composite material properties at elevated temperature and moisture concentration. In order to achieve any general case, all the nonlinear higher order terms have been included in the present formulation and the material property variations are introduced through the micromechanical model. The nonlinear governing equation is obtained using the variational principle and discretised using finite element steps. The convergence behaviour of the present numerical model has been checked. The present proposed model has been validated by comparing the responses with those available published results. Some new numerical examples have been solved to show the effect of various parameters on the bending behaviour of laminated composite flat panel under hygro-thermo-mechanical loading.
An elastomeric bushing is a device used in automotive suspension systems to reduce the load transmitted from the wheel to the frame of the vehicle. A bushing is an elastomeric hollow cylinder which is bonded to a solid steel shaft at its inner surface and a steel sleeve at its outer surface. The relation between the load applied to the shaft or sleeve and the relative deformation of elastomeric bushing is nonlinear and exhibits features of viscoelasticity. A load-displacement relation for elastomeric bushing is important for dynamic numerical simulations. A boundary value problem for the bushing response leads to the load-displacement relation which requires complex calculations. Therefore, by modifying the constitutive equation for a nonlinear viscoelastic incompressible material developed by Lianis, the data for the elastomeric bushing material was obtained and this data was used to derive the new load-displacement for radial response of the bushing. After the load relaxation function for the bushing is obtained from the step displacement control test, Pipkin-Rogers model was developed. Solutions were allowed for comparison between the results of Modified Lianis model and those of the proposed model. It is shown that the proposed Pipkin-Rogers model is in very good agreement with Modified Lianis model.
Nonlinear low velocity impact response of sandwich beam with laminated composite face sheets and soft core is studied based on Extended High Order Sandwich Panel Theory (EHSAPT). The face sheets follow the Third order shear deformation beam theory (TSDT) that has hitherto not reported in conventional EHSAPT. Besides, the two dimensional elasticity is used for the core. The nonlinear Von Karman type relations for strains of face sheets and the core are adopted. Contact force between the impactor and the beam is obtained using the modified Hertz law. The field equations are derived via the Ritz based applied to the total energy of the system. The solution is obtained in the time domain by implementing the well-known Runge-Kutta method. The effects of boundary conditions, core-to-face sheet thickness ratio, initial velocity of the impactor, the impactor mass and position of the impactor are studied in detail. It is found that each of these parameters have significant effect on the impact characteristics which should be considered. Finally, some low velocity impact tests have been carried out by Drop Hammer Testing Machine. The contact force histories predicted by EHSAPT are in good agreement with that obtained by experimental results.
Lal, Achchhe;Jagtap, Kirankumar R.;Singh, Birgu N.
Advances in Computational Design
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v.2
no.3
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pp.165-194
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2017
The present work proposes the thermo mechanically induced statistics of nonlinear transverse central deflection of elastically supported functionally graded (FG) plate subjected to static loadings with random system properties. The FG plate is supported on two parameters Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The random system properties such as material properties of FG material, external loading and foundation parameters are assumed as uncorrelated random variables. The material properties are assumed as non-uniform temperature distribution with temperature dependent (TD) material properties. The basic formulation for static is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman nonlinear strain kinematics through Newton-Raphson method. A second order perturbation technique (SOPT) and direct Monte Carlo simulation (MCS) are used to compute the nonlinear governing equation. The effects of load parameters, plate thickness ratios, aspect ratios, volume fraction, exponent, foundation parameters, and boundary conditions with random system properties are examined through parametric studies. The results of present approaches are compared with those results available in the literature and by employing direct Monte Carlo simulation (MCS).
The thermal effects on the buckling, postbuckling and nonlinear vibration behaviors of composite laminated trapezoidal plates are studied. Aiming at the complex plate structure and to simulate the temperature distribution of the plate, a finite element method (FEM) is applied in this paper. In the temperature model, based on the thermal diffusion equation, the Galerkin's method is employed to establish the temperature equation of the composite laminated trapezoidal plate. The geometrical nonlinearity of the plate is considered by using the von Karman large deformation theory, and combining the thermal model and aeroelastic model, Hamilton's principle is employed to establish the thermoelastic equation of motion of the composite laminated trapezoidal plate. The thermal buckling and postbuckling of the composite laminated rectangular plate are analyzed to verify the validity and correctness of the present methodology by comparing with the results reported in the literature. Moreover, the effects of the temperature with the ply-angle on the thermal buckling and postbuckling of the composite laminated trapezoidal plates are studied, the thermal effects on the nonlinear vibration behaviors of the composite laminated trapezoidal plates are discussed, and the frequency-response curves are also presented for the different temperatures and ply angles.
A finite element analysis of end-to-end artery/PTFE anastomosis has been presented in this study to evaluate the distribution of compliance and stresses in the vicinity of the anastomosis due to any mismatch in compliance characteristics. The artery wall was assumed to be made of linear isotropic material in this simplified model and a nonlinear analysis and convergency study with respect to increasing meshed element numbers were performed with a mean artery pressure loading of the artery-PTFE model. Also, sub-modeling method was introduced to progress the accuracy of the finite element analysis. The results are as follow : 1. A hypercompliant zone on the artery side was observed around 4.0mm from the anastomosis and a high hoop stresses in the wall of artery and PTFE was dominent. 2. An artery displays large deformation so that nonlinear analysis and sub-modeling method was used. 3. An anastomosis with the thinner thickness and larger diameter PTFE (C type) could reduce the compliance disagreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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