Loghman, Abbas;Arani, Ali Ghorbanpour;Barzoki, Ali Akbar Mosallaie
Computers and Concrete
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제19권6호
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pp.677-687
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2017
The nonlinear buckling response of nano composite anti-symmetric functionally graded polymeric microplate reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) rested on orthotropic elastomeric foundation with temperature dependent properties is investigated. For the carbon-nanotube reinforced composite (CNTRC) microplate, a uniform distribution (UD) and four types of functionally graded (FG) distribution are considered. Based on orthotropic Mindlin plate theory, von Karman geometric nonlinearity and Hamilton's principle, the governing equations are derived. Generalized differential quadrature method (GDQM) is employed to calculate the non-linear buckling response of the plate. Effects of FG distribution type, elastomeric foundation, aspect ratio (thickness to width ratio), boundary condition, orientation of foundation orthotropy and temperature are considered. The results are validated. It is found that the critical buckling load without elastic medium is significantly lower than considering Winkler and Pasternak medium.
Thermal buckling of functionally graded sandwich cylindrical shells is presented in this study. Material properties and thermal expansion coefficient of FGM layers are assumed to vary continuously through the thickness according to a sigmoid function and simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Equilibrium and stability equations of FGM sandwich cylindrical shells with simply supported boundary conditions are derived according to the Donnell theory. The influences of cylindrical shell geometry and the gradient index on the critical buckling temperature of several kinds of FGM sandwich cylindrical shells are investigated. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and nonlinear distribution across the thickness direction. An exact simple form of nonlinear temperature rise through its thickness taking into account the thermal conductivity and the inhomogeneity parameter is presented.
In the present study, nonlinear dynamic response of polymer-CNT-fiber multiscale nanocomposite plate resting on elastic foundations in thermal environments using the finite element method is performed. In this regard, the governing equations are derived based on Inverse Hyperbolic Shear Deformation Theory and von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometrical nonlinearity. Three type of distribution of temperature through the thickness of the plate namely, uniform linear and nonlinear are considered. The considered element is C1-continuous with 15 DOF at each node. The effective material properties of the multiscale composite are calculated using Halpin-Tsai equations and fiber micromechanics in hierarchy. The carbon nanotubes are assumed to be uniformly distributed and randomly oriented through the epoxy resin matrix. Five types of impulsive loads are considered, namely the step, sudden, triangular, half-sine and exponential pulses. After examining the validity of the present work, the effects of the weight percentage of SWCNTs and MWCNTs, nanotube aspect ratio, volume fraction of fibers, plate aspect, temperature, elastic foundation parameters, distribution of temperature and shape of impulsive load on nonlinear dynamic response of CNT reinforced multi-phase laminated composite plate are studied in details.
In the current research, the nonlinear free vibrations of curved pipes made of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) materials are investigated. It is assumed that the FG-CNTRC curved pipe is supported on a three-parameter nonlinear elastic foundation and is subjected to a uniform temperature rise. Properties of the curved nanocomposite pipe are distributed across the radius of the pipe and are given by means of a refined rule of mixtures approach. It is also assumed that all thermomechanical properties of the nanocomposite pipe are temperature-dependent. The governing equations of the curved pipe are obtained using a higher order shear deformation theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the pipe. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large deflection in the curved nanocomposite pipe. For the case of nanocomposite curved pipes which are simply supported in flexure and axially immovable, the motion equations are solved using the two-step perturbation technique. The closed-form expressions are provided to obtain the small- and large-amplitude frequencies of FG-CNTRC curved pipes rested on a nonlinear elastic foundation in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of CNT distribution pattern, the CNT volume fraction, thermal environment, nonlinear foundation stiffness, and geometrical parameters on the fundamental linear and nonlinear frequencies of the curved nanocomposite pipe.
The hardening of concrete after setting is accompanied with nonlinear temperature distribution caused by development of hydration heat of cement. Especially at early ages, this nonlinear distribution has a large influence on the tensile cracking. As a result, in order to predict the exact temperature distribution in concrete structures it is required to examine thermal properties of concrete. In this study, the coefficient of air convection for concrete mix of nuclear power plant, which presents thermal transfer between surface of concrete and air, was experimentally investigated with variables such as velocity of wind and types of form. The coefficient of air convection obtained from experiment increases with velocity of wind, and its dependance on wind velocity is varied with types of form. This tendency is due to a combined heat transfer system of conduction through form and convection to air. The coefficient of air convection for concrete mix of nuclear power plant obtained from this study was well agreed with the existing models.
The setting and hardening of concrete is accompanied by nonlinear temperature distribution caused by developing heat of cement hydration. expecially at early ages, nonlinear temperature distribution has a large influence n the crack evaluation. So the need to predict the exact temperature history in concrete has led to the examination thermal properties. In this study, the convection heat transfer coefficient is experimentally investigated which is one of the thermal properties in concrete. Furthermore, the result of the experiment is compared with those of analysis by the program which is developed in KAIST. As a result of comparison, the analytical results are in good approximation with experimental data.
In this paper, the thermal post-buckling behavior of graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMFs) plate with initial geometric imperfections on nonlinear elastic foundations are studied. First, the governing equation is derived based on the first-order shear deformation theory (FSDT) of plate. To obtain a single equation that only contains deflection, the Galerkin principle is employed to solve the governing equation. Subsequently, a comparative analysis was conducted with existing literature, thereby verifying the correctness and reliability of this paper. Finally, considering three GPLs distribution types (GPL-A, GPL-B, and GPL-C) of plates, the effects of initial geometric imperfections, foam distribution types, foam coefficients, GPLs weight fraction, temperature changes, and elastic foundation stiffness on the thermal post-buckling characteristics of the plates were investigated. The results show that the GPL-A distribution pattern exhibits the best buckling resistance. And with the foam coefficient (GPLs weight fraction, elastic foundation stiffness) increases, the deflection change of the plate under thermal load becomes smaller. On the contrary, when the initial geometric imperfection (temperature change) increases, the thermal buckling deflection increases. According to the current research situation, the results of this article can play an important role in the thermal stability analysis of GPLRMFs plates.
The present study proposes a theoretical and numerical investigation on the dynamic response behaviour of a functional graded (FG) ceramic-metal tapered rotor shaft system, by the differential quadrature finite elements method (DQFEM) to identify the natural frequencies for modelling and analysis of the structure with suitable validations. The purpose of this paper is to explore the influence of heat gradients on the natural frequency of rotation of FG shafts via three-dimensional solid elements, as well as a theoretical examination using the Timoshenko beam mode, which took into account the gyroscopic effect and rotational inertia. The functionally graded material's distribution is described by two distribution laws: the power law and the exponential law. To simulate varied thermal conditions, radial temperature distributions are obtained using the nonlinear temperature distribution (NLTD) and exponential temperature distribution (ETD) approaches. This work deals with the results of the effect on the fundamental frequencies of different material's laws gradation and temperature gradients distributions. Attempts are conducted to identify adequate explanations for the behaviours based on material characteristics. The effect of taper angle and material distribution on the dynamic behaviour of the FG conical rotor system is discussed.
This paper reveals theoretical research to the nonlinear dynamic response and initial geometric imperfections sensitivity of the spinning graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMF) cylindrical shell under different boundary conditions in thermal environment. For the theoretical research, with the framework of von-Karman geometric nonlinearity, the GPLRMF cylindrical shell model which involves Coriolis acceleration and centrifugal acceleration caused by spinning motion is assumed to undergo large deformations. The coupled governing equations of motion are deduced using Euler-Lagrange principle and then solved by a combination of Galerkin's technique and modified Lindstedt Poincare (MLP) model. Furthermore, the impacts of a set of parameters including spinning velocity, initial geometric imperfections, temperature variation, weight fraction of GPLs, GPLs distribution pattern, porosity distribution pattern, porosity coefficient and external excitation amplitude on the nonlinear harmonic resonances of the spinning GPLRMF cylindrical shells are presented.
In this paper, the nonlinear vibration behavior of the spiral stiffened multilayer functionally graded (SSMFG) cylindrical shells exposed to the thermal environment and a uniformly distributed harmonic loading using a semi-analytical method is investigated. The cylindrical shell is surrounded by a nonlinear viscoelastic foundation consisting of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness. The distribution of temperature and material constitutive of the stiffeners are continuously changed through the thickness direction. The cylindrical shell has three layers consisting of metal, FGM, and ceramic. The interior layer of the cylindrical shell is rich in metal, while the exterior layer is rich in ceramic, and the FG material is located between two layers. The nonlinear vibration problem utilizing the smeared stiffeners technique, the von Kármán equations, and the Galerkin method has been solved. The multiple scales method is utilized to examine the nonlinear vibration behavior of SSMFG cylindrical shells. The considered resonant case is 1:3:9 internal resonance and subharmonic resonance of order 1/3. The influences of different material and geometrical parameters on the vibration behavior of SSMFG cylindrical shells are examined. The results show that the angles of stiffeners, temperature, and elastic foundation parameters have a strong effect on the vibration behaviors of the SSMFG cylindrical shells.
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