In this work, a simple quasi 3-D parabolic shear deformation theory is developed to examine the bending response of antisymmetric cross-ply laminated composite plates under different types of mechanical loading. The main feature of this theory is that, in addition to including the transverse shear deformation and thickness stretching effects, it has only five-unknown variables in the displacement field modeling like Mindlin's theory (FSDT), yet satisfies the zero shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without requiring a shear correction factor. The static version of principle of virtual work was employed to derive the governing equations, while the bending problem for simply supported antisymmetric cross-ply laminated plates was solved by a Navier-type closed-form solution procedure. The adequacy of the proposed model is handled by considering the impact of side-to-thickness ratio on bending response of plate through several illustrative examples. Comparison of the obtained numerical results with the other shear deformation theories leads to the conclusion that the present model is more accurate and efficient in predicting the displacements and stresses of laminated composite plates.
Ismail M. Mudhaffar;Abdelbaki Chikh;Abdelouahed Tounsi;Mohammed A. Al-Osta;Mesfer M. Al-Zahrani;Salah U. Al-Dulaijan
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.2
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pp.167-180
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2023
This work applies a four-known quasi-3D shear deformation theory to investigate the bending behavior of a functionally graded plate resting on a viscoelastic foundation and subjected to hygro-thermo-mechanical loading. The theory utilizes a hyperbolic shape function to predict the transverse shear stress, and the transverse stretching effect of the plate is considered. The principle of virtual displacement is applied to obtain the governing differential equations, and the Navier method, which comprises an exponential term, is used to obtain the solution. Novel to the current study, the impact of the viscoelastic foundation model, which includes a time-dependent viscosity parameter in addition to Winkler's and Pasternak parameters, is carefully investigated. Numerical examples are presented to validate the theory. A parametric study is conducted to study the effect of the damping coefficient, the linear and nonlinear loadings, the power-law index, and the plate width-tothickness ratio on the plate bending response. The results show that the presence of the viscoelastic foundation causes an 18% decrease in the plate deflection and about a 10% increase in transverse shear stresses under both linear and nonlinear loading conditions. Additionally, nonlinear loading causes a one-and-a-half times increase in horizontal stresses and a nearly two-times increase in normal transverse stresses compared to linear loading. Based on the article's findings, it can be concluded that the viscosity effect plays a significant role in the bending response of plates in hygrothermal environments. Hence it shall be considered in the design.
Fatima Z. Zaoui;Djamel Ouinas;Abdelouahed Tounsi;Belkacem Achour;Jaime A. Vina Olay;Tayyab A. Butt
Steel and Composite Structures
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v.47
no.5
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pp.551-568
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2023
In this research, a new two-dimensional (2D) and quasi three-dimensional (quasi-3D) higher order shear deformation theory is devised to address the bending problem of functionally graded plates resting on an elastic foundation. The displacement field of the suggested theories takes into account a parabolic transverse shear deformation shape function and satisfies shear stress free boundary conditions on the plate surfaces. It is expressed as a combination of trigonometric and exponential shear shape functions. The Pasternak mathematical model is considered for the elastic foundation. The material properties vary constantly across the FG plate thickness using different distributions as power-law, exponential and Mori-Tanaka model. By using the virtual works principle and Navier's technique, the governing equations of FG plates exposed to sinusoidal and evenly distributed loads are developed. The effects of material composition, geometrical parameters, stretching effect and foundation parameters on deflection, axial displacements and stresses are discussed in detail in this work. The obtained results are compared with those reported in earlier works to show the precision and simplicity of the current formulations. A very good agreement is found between the predicted results and the available solutions of other higher order theories. Future mechanical analyses of three-dimensionally FG plate structures can use the study's findings as benchmarks.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.13-24
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1993
The tangent stiffness matrices of the plane frame and the thin-walled space frame are derived by using the principle of virtual displacement. In case of the plane frame, the shape function and stiffness matrices are presented for the rigid-hinged condition. For the unsymmetric thin-walled space frame, the elastic and geometric stiffness matrices in three cases of the unrestrained torsion, the restrained torsion, and the restrained anti unrestrained torsion are evaluated by using the various Hermitian polynomials as the shape function. Numerical examples for the lateral buckling analysis of the space frames and the circular arch illustrate the accuracy and convergence characteristics of the derived formulations.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.39-52
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1993
For the lateral-torsional buckling analysis of the thin-walled space frame and circular arch with the unsymmetric cross section, the tangent stiffness matrices are derived by introducing Vlasov's assumption for the thin-walled beam and using the principle of virtual displacement. In the cases of the unrestrained torsion and the restrained torsion, the elastic and geometric stiffness matrices corresponding to semitangential rotation and semitangential moment are evaluated by using the Hermitian polynomials as the shape function. In order to illustrate the accuracy and convergence characteristics of the derived formulations, numerical examples for the lateral-torsional buckling analysis of the hinged circular arch under pure bending and uniform compression are presented and compared with the analytic solutions of references.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.3
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pp.1337-1345
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2012
The principle of Effective Based Operation applied to the Korean Theater resulted in measurable effects to win the minimum battle. Based on the finding, this study recommends the effect analysis methodology under the V-C interoperability system to acquire a weapon system. This method is followed as below; to confirm the effect data on the organized weapon system, to set MOE, MOP and effect considering the purpose of the analysis, to apply the appropriate operational concept and scenario on the weapon system, and then the available C Model is after action reviewed, adjusted, and given feedback. The V-C interoperability system enables to perform the real-time combat experiment under the virtual synthesized battlefield circumstances. The defensive battle organization and displacement of the future anti-tank guided weapon system was considered in the modeling process. Scenario was written, which encompasses company-level units and the battalion-level operation. Then the available AWAM was embodied and effect-analyzed, which formed the foundation of SBA.
The general formulation for free vibration and stability analysis of unsymmetric thin-wared space frames is presented in case where the shear deformation effects are neglected. The kinetic and total potential energies are derived by applying the extended virtual work principle, introducing displacement parameters defined at the arbitrarily chosen axis and including warping deformation and second order terms of finite semitangential rotations. In formulating the finite element procedure, cubic Hermitian polynomials are utilized as shape functions of the two node space frame element. Mass, elastic stiffness, and geometric stiffness matrices for the unsymmetric thin-walled section are evaluated, and load-correction stiffness matrices for off-axis distributed loadings are considered. In order to illustrate the accuracy and practical usefulness of this formulation, finite element solutions for the free vibration and stability problems of thin-walled beam-columns and space frames are presented and compared with available solutions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.10
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pp.1427-1435
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2010
A mixed finite element model was developed using the classical plate theory to analyze the nonlinear bending of a plate. The appropriate weight functions for the constraints integrated over the domain were determined by the Lagrange multiplier method by using the principle of minimum virtual energy; which provides the constitutive relations between force-like variables and strains. All of detail terms of element wise coefficient matrices and associate tangent matrices to be used in the Newton iterative method are presented. Then, the linear solutions of the current model and those of the traditional displacement model under the SS (simple support) boundary conditions were compared with the existing analytical solution. The post-processed images of the nonlinear results of the force-like variables are presented to show the continuity of the solutions at the joint of the element boundaries. Finally, the converged nonlinear finite element solutions of the current model are compared with those of existing traditional displacement model.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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