In this paper, a new refined hyperbolic shear deformation beam theory for the bending analysis of functionally graded beam is presented. The theory accounts for hyperbolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the functionally graded beam without using shear correction factors. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Based on the present theory, the equilibrium equations are derived from the principle of virtual work. Navier type solution method was used to obtain displacement and stresses, and the numerical results are compared with those available in the literature. A detailed parametric study is presented to show the effect of different micromechanical models on the flexural response of a simply supported FG beams.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.1
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pp.31-37
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1985
In ship's structure, deck and bottom plate are main strength member subjected to the inplane load due to longitudinal bending, i.e. tensile and/or compressive load. The deck and bottom plate are subdivided into many plate members by stiffeners and girders longitudinally and transversely. Since the plate members are thin, it is likely to be collapsed under compressive load, and when we consider the local strength of deck and bottom, the plate members play an important role in the longitudinal strength. Therefore the precise analysis of their compressive ultimate strength is required for the optimal design of ship's structures. In this paper, the modified analytical method using the incremental form of principle of virtual displacement is introduced to determine the compressive ultimate load of plate members. The results by the present method is satisfactory, and the present method is more effective and economical than the finite element method.
The present paper develops application of third-order shear deformation theory (TSDT) and modified couple stress theory (MCST) to size-dependent bending analysis of a functionally graded cylindrical micro-shell. The radial and axial displacement components are described based on TSDT for more accurate analysis. The effect of small scales is accounted based on MCST. The principle of virtual work is used for derivation of bending governing equations. The solution is presented for a simply-supported boundary condition to account the influence of various important parameters such as micro length scale parameter, in-homogeneous index and some dimensionless geometric parameters such as length to radius and length to thickness ratios on the bending results. A comparative analysis is presented to examine the effect of order of employed shear deformation theory on the axial and radial displacements.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.5
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pp.141-153
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1999
A finite element procedure for the analysis of rubber-like hyperelastic material is developed. The volumetric incompressiblity conditions of the rubber deformation is included in the formulation by using penalty method. In this paper, the behavior of the rubber deformation is represented by hyperelastic constitutive relations based on a generalized Mooney-Rivlin model. The principle of virtual work is used to derive nonlinear finite element equation for the large displacement problem and presented in total-Lagrangian description. The finite element procedure using analytic differentiation resulted in very close solution to the result of the well known commercial packages NISAII AND ABAQUS. Numerical tests show that the results from the numerical differentiation method coincide very well with those from the analytic method and the well known commercial packages in static analysis. The convergency of rubber usingν iteration method is also discussed.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.32
no.2
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pp.164-176
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1996
The main intention of this paper is to develop and compare the algorithm based on finite element procedures for nonlinear transient dynamic analysis which has combined effects of material and geometric nonlinearities. Incremental equilibrium equations based on the principle of virtual work are derived by the finite element approach. For the elasto - plastic large deformation analysis of shells and the determination of the displacement-time configuration under time-varying loads, the explicit, implicit and combined explicit-implicit time integration algorithm is adopted. In the time structure is selected and the results are compared with each others. Isoparametric 8-noded quadrilateral curved elements are used for shell structure in the analysis and for geometrically nonlinear elastic behaviour, a total Lagrangian coordinate system was adopted. On the other hands, material nonlinearity is based on elasto-plastic models with Von-Mises yield criteria. Thus, the combined explicit-implicit time integration algorithm is benefit in general case of shell structure, which is the result of this paper.
Liu, Zhengxing;Yang, Yaowen;Williams, F.W.;Jemah, A.K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.6
no.4
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pp.363-375
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1998
The stiffness matrix of a two-dimensional contact surface element is deduced from the principle of virtual work. The incremental loading procedure used is controlled by displacement and stress. Special potential contact elements are used to avoid the need to rearrange the FEM mesh due to variations of the contact surface as contact develops. Published results are used to validate the method, which is then applied to a turbine to solve the contact problem between the blade root and rotor in the region in which a 'push fit' connects the blade to its rotor.
Dynamic analysis of an embedded single-walled carbon nanotube (SWCNT) traversed by a moving nanoparticle, which is modeled as a moving load, is investigated in this study based on the nonlocal Timoshenko beam theory, including transverse shear deformation and rotary inertia. The governing equations and boundary conditions are derived by using the principle of virtual displacement. The Galerkin method and the direct integration method of Newmark are employed to find the dynamic response of the SWCNT. A detailed parametric study is conducted to study the influences of the nonlocal parameter, aspect ratio of the SWCNT, elastic medium constant and the moving load velocity on the dynamic responses of SWCNT. For comparison purpose, free vibration frequencies of the SWCNT are obtained and compared with a previously published study. Good agreement is observed. The results show that the above mentioned effects play an important role on the dynamic behaviour of the SWCNT.
Jia He;Xuejiao Zhang;Hong Gong;H. Elhosiny Ali;Elimam Ali
Steel and Composite Structures
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v.46
no.6
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pp.719-729
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2023
This paper studies electro-magneto-mechanical bending studying of the cylindrical panels based on shear deformation theory. The cylindrical panel is constrained with two simply-supported edges at longitudinal direction and two clamped boundary conditions at circumferential direction. The governing equations are derived based on the principle of virtual work in cylindrical coordinate system. Levy-type solution of the governing equations is derived to reduce two dimensional PDEs to a 2D ODEs. The reduced ordinary differential equation is solved using the Eigen-value Eigen-vector method for the clamped-clamped boundary condition. The electro-magneto-mechanical bending results are obtained to show that every displacement, rotation and electromagnetic potentials how change with changes of initial electromagnetic potentials and mechanical loads along longitudinal and circumferential directions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.2
s.173
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pp.421-430
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2000
We apply the Rayleigh Ritz method to analyze multi-layered plates with residual stresses. The method is very simple, straight forward, and easily programmable, but it should be applied to structure s only in simple shapes. We derive coupled variational equations based on the principle of virtual displacement, and investigate what kind of basis functions is desirable for the analysis of rectangular plates with various boundary conditions. We demonstrate the effectiveness and usefulness of the method through several examples. The analysis results obtained with the method are in good agreement with those available in literature. A multi-layered MEMS plate example shows that the coupling effect should not be ignored and that residual stresses do influence the stiffness of the structure very much.
In this paper a new eight-unknown higher order shear deformation theory is proposed for functionally graded (FG) material plates. The theory based on full twelve-unknown higher order shear deformation theory, simultaneously satisfy zeros transverse stresses at top and bottom surface of FG plates. Equations of motion are derived from principle of virtual displacement. Exact closed-form solutions are obtained for simply supported rectangular FG plates under uniform loading. The accuracy of present numerical results has been verified by comparing it with generalized shear deformation theory. The effect of power law index of functionally graded material, side-to-thickness ratio, and aspect ratio on static behavior of FG plates is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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