Filho, Joao Elias Abdalla;Belo, Ivan Moura;Pereira, Michele Schunemann
Structural Engineering and Mechanics
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제28권5호
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pp.603-633
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2008
A four-node plate finite element for the analysis of laminated composites which is developed using strain gradient notation is presented. The element is based on a first-order shear deformation theory and on the equivalent lamina assumption. Strains and stresses can be calculated at different points through the thickness of the plate. They are averaged values due to the equivalent lamina assumption. A shear correction factor is used as the transverse shear strain is taken to be constant over the plate thickness while its actual variation is parabolic. Strain gradient notation, which is physically interpretable, allows for the detailed a-priori analysis of the finite element model. The polynomial expansions are inspected and spurious terms responsible for modeling errors are identified in the shear strains polynomial expansions. The element is corrected by simply removing the spurious terms from the shear strains expansions. The element is implemented into a FORTRAN finite element code in two versions; namely, with and without spurious terms. Results are compared to show the effects of the spurious terms on the solutions. It is also shown that a refined mesh composed of corrected elements provides solutions which approximate very well the analytical solutions, validating the procedure.
The stiffness of 6-node isotropic element is stiffer than that of 8-node isotropic element of same configuration. This phenomenon was called 'Relative Stiffness Stiffening Phenomenon'. In this paper, an equation of sampling point modification which correct this phenomenon was derived for the composite plate, as well as an equation for an isotropic plate. The relative stiffness stiffening phenomena of an isotropic plate element could be corrected by modifying Gauss sampling points in the numerical integration of stiffness matrix. This technique could also be successfully applied to the static analyses of composite plate modeled by the 3-dimensional 16-node elements. We predicted theoretical errors of stiffness versus the number of layers that result from the reduction of numerical integration order. These errors coincide very well with the actual errors of stiffness. Therefore, we can choose full integration of reduced integration based upon the permissible error criterion and the number of layers by using the thoretically predicted error.
Analysis of Dynamic Characterisocs of Rectangular Plate by Finite Element Method. Dynamic characteristics of a rectangular plate with opening in it is studied by finite element method. To investigate these characteristics 12 degrees of freedom membrane finite element in used. The rectangular membrane finite elements are defined by specifying geometry, internal displacement functions and strain-displacement relations. Then, the governing equation for the finite element is derived by energy method. To derive the mass matrix and stiffness matrix of the element, expressions for strain and kineic energy in terms of the node displacement are generated. In constructing the overall structure matrix, the matrix of each elements are superposed and partitioned by applying the given boundary condition to obtain a nonslngular matrix. To find the natural freguencies and viration modes, the eigen values and the corresponding eigen vectors are computed by the computer using well known Jacobi power method. In order to verify the capability of the membrane finite element, a flat rectangular plate is analyzed first, and the result is compared with well known analytical results to show the good agreement. A rectangular plate with opening in It is analyzed with the same finite element. The results are presented in this paper. Unfortunately, the literature study could not provide with some results to compare, but the results reveal that the output of this research is phlslcally reasonable. And the results of this research are useful not only in practice but also for the future experimental research in comparison purpose.
This paper describes the construction of a circular polariscope. Generally, a circular polariscope contains four optical elements and a light source. The first element following the light source is called the linear polarizer. It converts the ordinary light into plane-polarized light. The second element is a quarter wave plate which converts the plane-polarized light into circularly polarized light. Following the quarter wave plate, a specimen made of transparent photoelastic material is located in a loading device. The second quarter wave plate is set and the last element is the analyzer. These polarizing elements, two quarter wave plates and two linear polarizing filters, were purchased from the USA. Frames and other structures for holding polarizing filters were machined and assembled to be rotated. Light box, which includes four incandescent lamps and two sodium-vapor lamps, was made. In order to proof the function of the newly built polariscope, Tardy compensation test was applied to a rectangular shaped specimen made of poly-carbonate material (PSM 1). The error of the fringe constant, which was measured by the newly built polariscope, was within 4.4 percent compared to the standard value of this material. It is possible to make a good quality of polariscope if accurate polarizing filters will be used.
This paper is concerned with formulations of the hierarchical $C^{o}$-plate element on the basis of Reissner-Mindlin plate theory. On reason for the development of the aforementioned element is that it is still difficult to construct elements based on h-version concepts which are accurate and stable against the shear locking effects. An adaptive mesh refinement and selective p-distribution of the polynomial degree using hp-version of the finite element method we proposed to verify the superior convergence and algorithmic efficiency with the help of the clamped L-shaped plate problems.s.
This article deals with the buckling analysis in the plates containing carbon nanotubes (CNTs) subject to axial load. In order to control the plate smartly, a piezoelectric layer covered the plate. The plate is located in elastic medium which is modeled by spring elements. The Mori-Tanaka low is utilized for calculating the equivalent mechanical characteristics of the plate. The structure is modeled by a thick plate and the governing equations are deduced using Hamilton's principle under the assumption of higher-order shear deformation theory (HSDT). The Navier method is applied to obtain the bulking load. The effects of the applied voltage to the smart layer, agglomeration and volume percent of CNT nanoparticles, geometrical parameters and elastic medium of the structure are assessed on the buckling response. It has been demonstrated that by applying a negative voltage, the buckling load is increased significantly.
본 연구에서는 8절점 28자유도를 갖는 사각형 고차 판 유한 요소를 면내고차 변위를 고려하여 3차원 연속체로부터 유도하였다. 요소매트릭스들은 판의 운동방정식으로부터 Galerkin 가중잔차법으로 유도하고 감차적분을 수행하여 구하였다. 고차 판 유한요소를 이용하여 판의 처짐해석과 자유진동해석을 수행한 결과 판의 두께와 경게조건에 관계없이 매우 정확한 결과를 나타내었다.
Closed form solutions for equilibrium and flexibility matrices of the Mindlin-Reissner theory based eight-node rectangular plate bending element (MRP8) using Integrated Force Method (IFM) are presented in this paper. Though these closed form solutions of equilibrium and flexibility matrices are applicable to plate bending problems with square/rectangular boundaries, they reduce the computational time significantly and give more exact solutions. Presented closed form solutions are validated by solving large number of standard square/rectangular plate bending benchmark problems for deflections and moments and the results are compared with those of similar displacement-based eight-node quadrilateral plate bending elements available in the literature. The results are also compared with the exact solutions.
Manoj Nawariya;Avadesh K. Sharma;Pankaj Sonia;Vijay Verma
Advances in materials Research
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제12권2호
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pp.83-100
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2023
In this paper, sandwich plate, constructed with orthotropic and isotropic composite materials, is analyzed to obtain the static and harmonic behavior. The analysis is done by using ANSYS APDL FEM tool. A solid-shell 190 and an 8-node solid 185 elements are employed for face and core material respectively to analyze the plate. Results was attained by using Reissner-Mindlin theory. Effect of increasing thickness ratio of face sheet to depth of the plate is presented on static, vibration and harmonic response on the sheet and the results are discussed briefly. Published work in open domain was used to validate the results and observed excellent agreement. It can be stated that proposed model presents results with remarkable accuracy. Results are obtained to reduce the weight of the plate and minimizing the vibration amplitudes.
In the present paper, we offer a new flat shell finite element. It is the result of the combination of a membrane element and a bending element, both based on the strain-based formulation. It is known that $C^{\circ}$ plane membrane elements provide poor deflection and stress for problems where bending is dominant. In addition, they encounter continuity and compliance problems when they connect to C1 class plate elements. The reach of the present work is to surmount these problems when a membrane element is coupled with a thin plate element in order to construct a shell element. The membrane element used is a triangular element with four nodes, three nodes at the vertices of the triangle and the fourth one at its barycenter. Each node has three degrees of freedom, two translations and one rotation around the normal. The coefficients related to the degrees of freedom at the internal node are subsequently removed from the element stiffness matrix by using the static condensation technique. The interpolation functions of strain, displacements and stresses fields are developed from equilibrium conditions. The plate element used for the construction of the present shell element is a triangular four-node thin plate element based on Kirchhoff plate theory, the strain approach, the four fictitious node, the static condensation and the analytic integration. The shell element result of this combination is robust, competitive and efficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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