Based on the Kirchhoff hypothesis of normal-remain-normal, the present work analyses piezoelectric laminated plates, wherein poled piezoelectric laminae are transversely isotropic and function as actuators. A quadric electric field is induced inside a piezoelectric lamina under a given applied voltage and mechanical bending. The governing equations for the piezoelectric laminated plate derived from the principle of virtual work in terms of the electric enthalpy have the same forms as those for a conventional composite laminated plate. We use rectangular sandwich plates of Al/PZT/Al and PZT/Al/PZT with four simply supported edges to demonstrate the prediction of the maximum bending stress in the PZT layer. The analytic solutions are verified by three-dimensional finite element analysis.
The front end bending(FEB) behavior of material that usually occurs in plate rolling is investigated. In this paper, a rollbite profile map approach that systematically predicts the FEB slope is presented. It is based on the concurrent use of shape factors and reduction ratios to ensure an accurate value of the FEB and its slope. In order to obtain the unit roll-bite profile map, the FEB slope model was decomposed into a temperature deviation component and a roll-velocity deviation component. By mapping the results of a series of finite element analyses to the unit functions of the roll-bite profile map, it was possible to obtain a realistic prediction of the FEB slope applicable to an actual plate rolling process. Thereby, the usefulness of the present approach is clearly demonstrated.
A nonlinear anile element formulation of flat shell elements with drilling d.o.f, is presented for the geometrical nonlinear analysis of thin-walled structures. The shell element to be applied in finite element analysis was developed by combining a membrane element named as CLM with drilling rotation d.o.f, and plate bending element. The combined shell element possesses six degrees of freedom per node. The element showed the excellent performance in the linear analysis of the folded plate structures, in which the normal rotational rigidity of folded plates is considered, therefore, using this element geometrical nonlinear analysis of those structures is fulfilled in this study. An incremental total Larangian approach is adopted through out in which displacements are referred to the original configuration. Comparing the results with those of other researches shows the performance of this element and a folded plate structure is analyzed as an example.
In this study, by using finite element non-linear static analysis and comparing it with experimental models, the buckling and post-buckling behavior of bracing gusset plates has been investigated. The effects of such parameters as dimension and thickness of the gusset plate and the influence of position of the bracing member on the behavior of gusset plate have been examined. The results of the analyses clearly suggest that capacity, buckling and post-buckling behaviors of gusset plates depend on the position of the bracing splice plate with respect to the free bending line as well as on the size and thickness of the gusset plate. Also, with respect to numerical analysis results, some practical graphs for the calculation of buckling capacity of gusset plate connections are presented. For steel structures, the proposed method is apparently more accurate than available code procedures.
This study presents a 4 node, 11 DOF/node plate element based on higher order shear deformation theory for lamina composite plates. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strain through the thickness of the plate. Differential field equations of composite plates are obtained from energy methods using virtual work principle. Differential field equations of composite plates are obtained from energy methods using virtual work principle. These equations were transformed into the operator form and then transformed into functions with geometric and dynamic boundary conditions with the help of the Gâteaux differential method, after determining that they provide the potential condition. Boundary conditions were determined by performing variational operations. By using the mixed finite element method, plate element named HOPLT44 was developed. After coding in FORTRAN computer program, finite element matrices were transformed into system matrices and various analyzes were performed. The current results are verified with those results obtained in the previous work and the new results are presented in tables and graphs.
This paper aims to investigate the free vibration analysis of FG plates, taking into account the effects of even and uneven porosity. The study employs the Hellinger-Reisner functional and obtains the element's bending stress and membrane stress fields from the analytical solution of the governing equations of the thick plate and plane problem, respectively. The displacement field serves as the second independent field. While few articles on free vibration analysis of circular plates exist, this paper investigates the free vibration of both rectangular and circular plates. After validating the proposed element, the paper investigates the effects of porosity distributions on the natural frequency of the FG porous plate. The study calculates the natural frequency of thin and thick bending plates with different aspect ratios and support conditions for various porosity and volume fraction index values. The study uses three types of porosity distributions, X, V, and O, for the uneven porosity distribution case. For O and V porosity distribution modes, porosity has a minor effect on the natural frequency for both circular and rectangular plates. However, in the case of even porosity distribution or X porosity distribution, the effect of porosity on the natural frequency of circular and rectangular plates increases with an increase in the volume fraction index.
In case of Mindlin plate, not only the bending deformation but also the shear behavior is allowed. While the bending and shear stiffness are given in the same order in terms of elastic modulus, they are in different order in case of plate thickness. Accordingly, bending and shear contributions have to be dealt with independently if the stochastic finite element analysis is performed on the Mindlin plate taking into account of the uncertain plate thickness. In this study, a formulation is suggested to give the response variability of Mindlin plate taking into account of the uncertainties in elastic modulus as well as in the thickness of plate, a geometrical parameter, and their correlation. The cubic function of thickness and the correlation between elastic modulus and thickness are incorporated into the formulation by means of the modified auto- and cross-correlation functions, which are constructed based on the general formula for n-th joint moment of random variables. To demonstrate the adequacy of the proposed formulation, a plate with various boundary conditions is taken as an example and the results are compared with those obtained by means of classical Monte Carlo simulation.
In this study, we performed the biomechanical analysis of cervical plate systems by using a computer simulation based on finite element method to derive reliable model by analysis of design variables and fatigue behavior. To simulate the cervical spine movement in-vivo state by surgery, we modeled the cervical plate system which consisted of screws, rings, rivets, and plate and Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Block. The experiment of cervical plate system followed the ASTM F1717 standards that covered the materials and methods for the static and fatigue testing. The result of computer simulation is compared with experimented test. We expected this study is to derive reliable results by analysis of design variables and fatigue behavior for developing a new model.
This paper is concerned with development of an enhanced quadratic Mindlin plate bending element. The behavior of the proposed plate element is further improved by the coupled use of non-conforming displacement modes, the selectively reduced integration scheme, and the assumed shear strain fields. The improvement may be attributable to the fact that the merits of these improvement techniques are merged in the formation of the new element in a complementary manner. The proposed quadratic finite element passes the patch tests, does not show spurious mechanism, and does not produce shear locking phenomena even with distorted meshes. It is shown that the element produces reliable solutions through numerical tests for standard benchmark problems. It is also noted that the element is applicable to transient dynamic analysis of Mindlin plates.
A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of arbitrary shell structures is presented. The element is developed by flat shell approach, i.e., by combining a membrane element with a Mindlin plate element. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types of finite elements. In the plate bending part, an improved Mindlin plate has been established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes (N) and the substitute shear strain fields (S). In the membrane part, the nonconforming displacement modes are also added to the displacement fields to improve the behavior of membrane element with drilling degrees of freedom and the modified numerical integration (M) is used to overcome the membrane locking problem. Thus the element is designated as NMS-4F. The rigid link correction technique is adopted to consider the effect of out-of-plane warping. The shell element proposed herein passes the patch tests, does not show any spurious mechanism and does not produce shear and membrane locking phenomena. It is shown that the element produces reliable solutions even for the distorted meshes through the analysis of benchmark problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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