An investigation on the thermal buckling resistance of simply supported FGM beams having parabolic-concave thickness variation and temperature dependent material properties is presented in this paper. An analytical formulation based on the first order beam theory is derived and the governing differential equation of thermal stability is solved numerically using finite difference method. a function of thickness variation is introduced which controls the parabolic variation intensity of the beam thickness without changing its original material volume. The results showed the high importance of taking into account the temperature-dependent material properties in the thermal buckling analysis of such critical beam sections. Different Influencing parametric on the thermal stability are studied which may help in design guidelines of such complex structures.
This research presents an investigation on the thermal buckling resistance of FGM plates having parabolic-concave thickness variation exposed to uniform and gradient temperature change. An analytical formulation is derived and the governing differential equation of thermal stability is solved numerically using finite difference method. A specific function of thickness variation is introduced where it controls the parabolic variation intensity of the thickness without changing the original material volume. The results indicated that the loss ratio in buckling resistance is the same for any gradient temperature profile. Influencing geometrical and material parameters on the loss ratio in the thermal resistance buckling are investigated which may help in design guidelines of such complex structures.
An analytical research on buckling of simply supported thin plate with variable thickness under bi-axial compression is presented in this paper. Combining the perturbation technique, Fourier series expansion and Galerkin methods, the linear governing differential equation of the plate with arbitrary thickness variation under bi-axial compression is solved and the analytical expression of the critical buckling load is obtained. Based on that, numerical analysis is carried out for the plates with different thickness variation forms and aspect ratios under different bi-axial compressions. Four different thickness variation forms including linear, parabolic, stepped and trigonometric have been considered in this paper. The calculated critical buckling loads and buckling modes are presented and compared with the published results in the tables and figures. It shows that the analytical expressions derived by the theoretical method in this paper can be effectively used for buckling analysis of simply supported thin plates with arbitrary thickness variation, especially for the stepped thickness that used in engineering widely.
Two hyperbolic displacement models are used for the bending response of simply-supported orthotropic laminated composite plates resting on two-parameter elastic foundations under mechanical loading. The models contain hyperbolic expressions to account for the parabolic distributions of transverse shear stresses and to satisfy the zero shear-stress conditions at the top and bottom surfaces of the plates. The present theory takes into account not only the transverse shear strains, but also their parabolic variation across the plate thickness and requires no shear correction coefficients in computing the shear stresses. The governing equations are derived and their closed-form solutions are obtained. The accuracy of the models presented is demonstrated by comparing the results obtained with solutions of other theories models given in the literature. It is found that the theories proposed can predict the bending analysis of cross-ply laminated composite plates resting on elastic foundations rather accurately. The effects of Winkler and Pasternak foundation parameters, transverse shear deformations, plate aspect ratio, and side-to-thickness ratio on deflections and stresses are investigated.
Kaci, Abdelhakim;Belakhdar, Khalil;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbes Adda
Steel and Composite Structures
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v.16
no.4
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pp.339-356
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2014
This paper presents a study of the nonlinear cylindrical bending of an exponential functionally graded plate (simply called E-FG) with variable thickness. The plate is subjected to uniform pressure loading and his geometric nonlinearity is introduced in the strain-displacement equations based on Von-Karman assumptions. The material properties of functionally graded plates, except the Poisson's ratio, are assumed to vary continuously through the thickness of the plate in accordance with the exponential law distribution; and the solution is obtained using Hamilton's principle for constant plate thickness. In order to analyze functionally graded plate with variable thickness, a numerical solution using finite difference method is used, where parabolic variation of the plate thickness is studied. The results for E-FG plates are given in dimensionless graphical forms; and the effects of material and geometric properties on displacements and normal stresses through the thickness are determined.
This paper presents an original hyperbolic (first present model) and parabolic (second present model) shear and normal deformation theory for the bending analysis to account for the effect of thickness stretching in functionally graded sandwich plates. Indeed, the number of unknown functions involved in these presents theories is only five, as opposed to six or even greater numbers in the case of other shear and normal deformation theories. The present theory accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by a hyperbolic variation of ail displacements across the thickness and satisfies the stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the plate without requiring any shear correction factor. It is evident from the present analyses; the thickness stretching effect is more pronounced for thick plates and it needs to be taken into consideration in more physically realistic simulations. The numerical results are compared with 3D exact solution, quasi-3-dimensional solutions and with other higher-order shear deformation theories, and the superiority of the present theory can be noticed.
Element based differential quadrature method (EDQM) has been applied to analyze static, stability and free vibration of non-homogeneous orthotropic rectangular plates of variable or stepped thickness. The Young's modulus and the density are assumed to vary in exponential form in X-direction whereas the thickness is assumed to vary linear, parabolic or exponential variation in one or two directions. In-plane loading is assumed to vary linearly. Various combinations of clamped, simply supported and free edge conditions (regular and irregular boundary) have been considered. Continuous plates could also be handled with ease. In this paper, formulation for equilibrium, buckling and free vibration problems is discussed and several numerical examples are solved using EDQM and compared with the published results.
To analyze the bending and transverse shear effects of laminated composite plates, a thirteen nodes triangular element will be presented. The suggested formulations consider a parabolic variation of the transverse shear strains through the thickness. As a result, there is no need to use shear correction coefficients in computing the shear stresses. The proposed element can model both thin and thick plates without any problems, such as shear locking and spurious modes. Moreover, the effectiveness of $w_{,n}$, as an independent degree of freedom, is concluded by the present study. To perform the accuracy tests, several examples will be solved. Numerical results for the orthotropic materials with different boundary conditions, shapes, number of layers, thickness ratios and fiber orientations will be presented. The suggested element calculates the deflections and stresses more accurate than those available in the literature.
In the present study, a suitable mathematical model considering parabolic transverse shear strains for dynamic analysis of laminated composite skew plates under different types of impulse and spatial loads was presented for the first time. The proposed mathematical model satisfies zero transverse shear strain at the top and bottom of the plate. On the basis of the cubic variation of thickness coordinate in in-plane displacement fields of the present mathematical model, a 2D finite element (FE) model was developed including skew transformations in the mathematical model. No shear correction factor is required in the present formulation and damping effect was also incorporated. This is the first FE implementation considering a cubic variation of thickness coordinate in in-plane displacement fields including skew transformations to solve the forced vibration problem of composite skew plates. The effect of transverse shear and rotary inertia was incorporated in the present model. The Newmark-${\beta}$ scheme was adapted to perform time integration from step to step. The $C^0$ FE formulation was implemented to overcome the problem of $C^1$ continuity associated with the cubic variation of thickness coordinate in in-plane displacement fields. The numerical studies showed that the present 2D FE model predicts the result close to the analytical results. Many new results varying different parameter such as skew angles, boundary conditions, etc. were presented.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.1-4
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2005
A higher order zig-zag shell theory is developed to refine accurately predict deformation and stress of smart shell structures under the mechanical, thermal, and electric loading. The displacement fields through the thickness are constructed by superimposing linear zig-zag field to the smooth globally cubic varying field. Smooth parabolic distribution through the thickness is assumed in the transverse deflection in order to consider transverse normal deformation. The mechanical, thermal, and electric loading is applied in the sinusoidal distribution function in the in-surface direction. Thermal and electric loading is given in the linear variation through the thickness. Especially, in electric loading case, voltage is only applied in piezo-layer. The layer-dependent degrees of freedom of displacement fields are expressed in terms of reference primary degrees of freedom by applying interface continuity conditions as well as bounding surface conditions of transverse shear stresses. In order to obtain accurate transverse shear and normal stresses, integration of equilibrium equation approach is used. The numerical examples of present theory demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed theory. The present theory is suitable for the predictions of behaviors of thick smart composite shell under mechanical, thermal, and electric loadings combined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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