In the present study, a finite strip method for the vibration and stability analyses of anisotropic laminated composite plates is developed according to the higher-order shear deformation theory. This theory accounts for the parabolic distribution of the transverse shear strains through the thickness of the plate and for zero transverse shear stresses on the plate surfaces. In comparison with the finite strip method based on the first-order shear deformation theory, the present method gives improved results for very thick plates while using approximately the same number of degrees of freedom. It also eliminates the need for shear correction factors in calculating the transverse shear stiffness. A number of numerical examples are presented to show the effect of aspect ratio, length-to-thickness ratio, number of plies, fibre orientation and stacking sequence on the natural frequencies and critical buckling loads of simply supported rectangular cross-ply and arbitrary angle-ply composite laminates.
The response histories and distribution of dynamic interlaminar stresses in composite laminated plates under free vibration and thermal load is studied based on a thermoelastodynamic differential equations. The stacking sequence of the laminated plates may be arbitrary. The temperature change is considered as a linear function of coordinates in planes of each layer. The dynamic mode of displacements is considered as triangle series. The in-plane stresses are calculated by using geometric equations and generalized Hooke's law. The interlaminar stresses are evaluated by integrating the 3-D equations of equilibrium, and utilizing given boundary conditions and continuity conditions of stresses between layers. The response histories and distribution of interlaminar stress under thermal load are presented for various vibration modes and stacking sequence. The theoretical analyses and results are of certain significance in practical engineering application.
During the manufacture of FGM plates, defects such as porosities can appear. Those can change the entire behavior of these plates. This paper aims to investigate the free vibration characteristics of porous functionally graded (FG) plates resting on elastic foundations. The Young's modulus of the plate is assumed to vary continuously through the thickness according to a power-law formulation, and the Poisson ratio is held constant. Different types of porosity distribution rates are considered. To examine the accuracy of the present formulation, several comparison studies are investigated. Effects of variation of porosity distribution rate, foundation parameter, power-law index and thickness ratio on the fundamental frequency of plates have been investigated.
In this paper, various four variable refined plate theories are presented to analyze vibration of temperature-dependent functionally graded (FG) plates. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations for the present model is reduced, significantly facilitating engineering analysis. These theories account for parabolic, sinusoidal, hyperbolic, and exponential distributions of the transverse shear strains and satisfy the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. Power law material properties and linear steady-state thermal loads are assumed to be graded along the thickness. Uniform, linear, nonlinear and sinusoidal thermal conditions are imposed at the upper and lower surface for simply supported FG plates. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for the free vibration analysis are obtained based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Non-dimensional results are compared for temperature-dependent and temperature-independent FG plates and validated with known results in the literature. Numerical investigation is conducted to show the effect of material composition, plate geometry, and temperature fields on the vibration characteristics. It can be concluded that the present theories are not only accurate but also simple in predicting the free vibration responses of temperature-dependent FG plates.
Zhou, Changlin;Zhang, Zhongxian;Zhang, Ji;Fang, Yuan;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.34
no.2
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pp.215-226
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2020
The aim of this study is to investigate free vibration of functionally graded porous nanocomposite rectangular plates where the internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. The GPL-reinforced plate is modeled using a semi-analytic approach composed of generalized differential quadrature method (GDQM) and series solution adopted to solve the equations of motion. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made between the present results and those reported by well-known references for special cases treated before, have confirmed accuracy and efficiency of the present approach. New results reveal the importance of porosity coefficient, porosity distribution, graphene platelets (GPLs) distribution, geometrical and boundary conditions on vibration behavior of porous nanocomposite plates. It is observed that the maximum vibration frequency obtained in the case of symmetric porosity and GPL distribution, while the minimum vibration frequency is obtained using uniform porosity distribution.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.8
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pp.828-837
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2009
Recently, as high-rise buildings increase steeply, sub-structures of them are often supported on elastic foundation(in a case of pasternak foundation or winkler foundation). And there are many machines in sub-structures of buildings and slabs of sub-structures are affected by vibration which they make. This paper deals with vibration of plates on elastic foundation. Machines on plates are considered as concentrated mass. This paper has the object of investigating natural frequencies of tapered thick plate on pasternak foundation by means of finite element method and providing kinetic design data for mat of building structures. Free vibration analysis that tapered thick plate with Concentrated Masses in this paper. Finite element analysis of rectangular plate is done by use of rectangular finite element with 8-nodes. In order to analysis plate which is supported on pasternak foundation. The Winkler parameter is varied with 10, $10^2$, $10^3$ and the shear foundation parameter is 5, 10. This paper is analyzed varying thickness by taper ratio. The taper ratio is applied as 0.0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0. And the Concentrated Mass is applied as P1, Pc, P2 respectively.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.1
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pp.5-11
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2002
Active vibration control of intelligent laminated composite plates is performed experimental1y Laminated composite place is modeled by the system identification method. For the system identification process, the laminated composite place is excited by two piezoelectric actuators with PRBS signals. At the same time, the displacement of the laminated composite plate is measured by a gap sensor. From these excited PRBS signals and the measured displacement sequence, system parameters of the laminated composite plate are estimated using a recursive prediction error method. Model of the laminated composite plate with two piezoeletric actuators is assumed to be the form of ARMAX. From the estimated ARHMAX model, a state space equation of the observable canonical form is obtained. With this state space equation, a controller and an observer for active vibration control is designed using the optimal control method. Controller and observer are implemented on a digital system. Experiments on the vibration control are Performed with changing the outer layer fiber orientation of intelligent composite plates.
The scaling laws for vibration response of anti-symmetrically laminated plates are derived by applying the similitude transformation to the governing differential equations directly. With this approach, a closed-form solution of the governing equations is not required. This is a significant advantage over the method employed by other researchers where similitude transformation is applied to the closed-form solution. The scaling laws are tested by comparing the similitude fundamental frequencies to the theoretical fundamental frequencies determined from the available closed-form solutions. In case of complete similitude, similitude solutions from the scaling laws exactly agree with the theoretical solutions. Sometimes, it may not be feasible to select the model which obeys the similarity requirement completely, therefore partial similitude is theoretically investigated and approximate scaling laws are recommended. The distorted models in stacking sequences and laminated material properties demonstrate reasonable accuracy. On the contrary, a model with distortion in fiber angle is not recommended. The derived scaling laws are very useful to determine the vibration response of complex prototypes by performing the experiment on a model with required similarities.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.8
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pp.1899-1909
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1994
This work presents the experimental and FEM results for the free vibration of cantilevered, symmetrically and antisymmetrically laminated composite rectangular plates. The natural frequencies, mode shapes and contour plots of a number of CFRP, GFRP, DFRP-Aluminum, GFRP-Aluminum and DFRP-GFRP hybrid composite plates are experimentally obtained. Determination of Young's modulus and test procedures are described. The natural frequencies are determined for a wide range of parameters : e.g. , composite material constants, fiber angles and stacking sequences. Natural frequency and nondimensional frequency parameter results are compared with the finite element analysis and existing literatures. Agreement between experimental and calculated frequencies is excellent. The effects of varing the parameters upon the free vibration frequencies and mode shapes are discussed.
The present paper describes the vibration control experiment of composite plates with bonded piezoelectric sensor and actuator. The system is modeled as two degree-of-freedom system using modal coordinates and the system parameters are obtained from vibration tests. Kalman filter is adopted for extracting modal coordinates from sensor signal, and control algorithms applied to the system are Linear Quadratic Gaussian(LQG) control, Bang-Bang Control (BBC), Negative Velocity Feedback(NVF), Proportional Derivative Control(PDC). From observation of the spillover and control perfomance, it is concluded that a higher order control algorithm such as LQG rather than BBG, NVF, PDC is suitable for efficient simultaneous control of both bending and twisting modes of composite plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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