A design method is proposed to optimize the stacking sequence of laminated composite plates for desired vibration characteristics. The objective functions are the natural frequencies of the laminated plates, and three types of optimization problems are studied where the fundamental frequency and the difference of two adjacent frequencies are maximized, and the difference between the target and actual frequencies is minimized. The design variables are a set of discrete values of fiber orientation angles with prescribed increment in the layers of the plates. The four lamination parameters are used to describe the bending property of a symmetrically laminated plate, and are optimized by a gradient method in the first stage. A new technique is introduced in the second stage to convert from the optimum four lamination parameters into the stacking sequence that is composed of the optimum fiber orientation angles of all the layers. Plates are divided into sub-domains composed of the small number of layers and designed sequentially from outer domains. For each domain, the optimum angles are determined by minimizing the errors between the optimum lamination parameters obtained in the first step and the parameters for all possible discrete stacking sequence designs. It is shown in numerical examples that this design method can provide with accurate optimum solutions for the stacking sequence of vibrating composite plates with various boundary conditions.
This paper deals with a hydroelastic vibration analysis of two rectangular plates partially coupled with a liquid, which is bounded by two plates and two rigid side walls. The wet displacement of each plate is assumed to be a combination of the modal functions of a dry uniform beam with a clamped boundary condition. As the liquid is assumed to be an ideal liquid, the displacement potential satisfying the Laplace equation is determined so that the liquid boundary conditions can meet the requirements at the rigid surfaces and the free liquid surface. The wet dynamic modal functions of each plate are expanded by using the finite Fourier transform to obtain an appropriate form of the compatibility requirement along the contacting surfaces between the plates and the liquid. The liquid-coupled natural frequencies of the plates are derived by using the Rayleigh-Ritz method. Finite element analyses using commercial software are carried out to verify the proposed theory. It is observed that the theoretical method agrees excellently with the three-dimensional finite element analyses results. The effects of the liquid depth and the liquid thickness on the normalized natural frequencies are investigated to identify the dynamic characteristics of the liquid coupled system.
Present paper deals with the large amplitude flexural vibration of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) plates. Distribution of CNTs as reinforcements may be uniform or functionally graded (FG). The equivalent material properties of the composite media are obtained according to a refined rule of mixtures which contains efficiency parameters. To account for the large deformations, von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ type of geometrical nonlinearity is included into the formulation. The matrix representation of the governing equations is obtained according to the Ritz method where the basic shape functions are written in terms of the Chebyshev polynomials. Time dependency of the problem is eliminated by means of the Galerkin method and the resulting nonlinear eigenvalue problem is solved employing a direct displacement control approach. Results are obtained for completely clamped and completely simply supported plates. Results are first validated for the especial cases of FG-CNTRC and cross-ply laminated plates. Afterwards, parametric studies are given for FG-CNTRC plates with different boundary conditions. It is shown that, nonlinear frequencies are highly dependent to the volume fraction and dispersion profiles of CNTs. Furthermore, mode redistribution is observed in both simply supported and clamped FG-CNTRC plates.
A refined higher-order shear deformation theory for bending, vibration and buckling analysis of functionally graded sandwich plates is presented in this paper. It contains only four unknowns, accounts for a hyperbolic distribution of transverse shear stress and satisfies the traction free boundary conditions. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. The Navier-type and finite element solutions are derived for plate with simply-supported and various boundary conditions, respectively. Numerical examples are presented for functionally graded sandwich plates with homogeneous hardcore and softcore to verify the validity of the developed theory. It is observed that the present theory with four unknowns predicts the response accurately and efficiently.
A study on the free vibration and linear buckling analyses of thick plates is described in this article. In order to determine the natural frequencies and buckling loads of plates, a plate element is developed by using isogeometric approach. The Non-uniform B-spline surface (NURBS) is used to represent both plate geometry and the unknown displacement field of plate. All terms required in isogeometric formulation are consistently derived by NURBS definition. The capability of the present plate element is demonstrated by using several numerical examples. From numerical results, it is found to be that the present isogeometric element can predict accurate natural frequencies and buckling loads of plates.
This paper uses the four-variable refined plate theory for the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) rectangular plates. The plate properties are assumed to be varied through the thickness following a simple power law distribution in terms of volume fraction of material constituents. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Equations of motion are derived from the Hamilton's principle. The closed-form solutions of functionally graded plates are obtained using Navier solution. Numerical results of the refined plate theory are presented to show the effect of the material distribution, the aspect and side-to-thickness ratio on the fundamental frequencies. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the free vibration behavior of functionally graded plates.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.9
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pp.856-862
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2010
In this paper, the power flow analysis(PFA) method was developed to predict the vibrational responses of coupled co-planar orthotropic plates in frequencies ranging from medium to high. To cover the power transmission and reflection at the joint of the orthotropic plates, the wave transmission approach is applied with the assumption that all the incident waves are normal to the joint. Through numerical analyses, the power flow energy density and intensity fields of coupled co-planar orthotropic plates were compared with those of classical modal solutions by changing the frequency and internal loss factor, and they show good agreement in terms of the global decay and the attenuation patterns of the energy density.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.279-283
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2004
Thermal postbuckling and vibration analyses of functionally graded plates (FG plates) are performed. The nonlinear finite element equation based on the first-order shear deformation plate theory is formulated for the FG plate. The von Karman strain-displacement relation is used to account for the thermal large deflection. The incremental method considering the effect of the initial deflection and the initial stress is adopted for temperature-dependent material properties of functionally graded materials. The numerical result shows characteristics of the thermal postbuckling and vibration of FG plates in the pre- and post- buckled regions.
In this article, free vibration of functionally graded (FG) elliptic plates subjected to various classical boundary conditions has been investigated. Literature review reveals no study has been performed based on functionally graded elliptic plates till date. The mechanical kinematic relations are considered based on classical plate theory. Rayleigh-Ritz technique is used to obtain the generalized eigenvalue problem. The material properties of the FG plate are assumed to vary along thickness direction of the constituents according to power-law form. Trial functions denoting the displacement components are expressed in simple algebraic polynomial forms which can handle any edge support. The objective is to study the effect of geometric configurations and gradation of constituent volume fractions on the natural frequencies. New results for frequency parameters are incorporated after performing a test of convergence. A comparison study is carried out with existing literature for validation in special cases. Three-dimensional mode shapes for circular and elliptic FG plates are also presented with various boundary conditions at the edges.
Free vibration analysis of super-elliptical composite thin plates was investigated. Plate is formed by symmetrical quasi-isotropic laminates. Rayleigh-Ritz method was used for parametric analysis based on the governing differential equations of Classical Laminated Plate Theory (CLPT). Simply supported and clamped boundary conditions at the periphery of plates were considered. Parametric study was performed for the effect of different lamination type, aspect ratio, thickness and super-elliptical power on natural frequencies. Convergence study and validation of isotropic case were achieved. A number of design parameters like different dimensions, structure systems, panel sizes, panel thicknesses, lamination sequences, boundary conditions and loading conditions must be considered in the production of composite ships. The number of possible combinations practically may be so high that a parametric study should be carried out in order to determine the optimum design parameters rapidly during the preliminary design stage. The use of Rayleigh-Ritz method could make this parametric study possible. Thereby it might be decreasing the consumption of time, material and labor. Certain results for some different super-elliptical powers presented in tabulated form in Appendix for designers as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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