In the present paper, a simple quasi-3D integral higher-order beam theory (HBT) is presented, in which both shear deformation and thickness stretching effects are included for mechanical analysis of advanced composite beams with simply supported boundary conditions, handling mainly bending, buckling, and free vibration problems. The kinematics is based on a novel displacement field which includes the undetermined integral terms and the parabolic function is used in terms of thickness coordinate to represent the effect of transverse shear deformation. The governing equilibrium equations are drawn from the dynamic version of the principle of virtual work; whereas the solution of the problem is obtained by assuming a Navier technique for simply supported advanced composite beams subjected to sinusoidally and uniformly distributed loads. The correctness of the present computational method is checked by comparing the obtained numerical results with quasi-3D solutions found in the literature and with those provided by other shear deformation beam theories. It can be confirmed that the proposed model, which does not involve any shear correction factor, is not only accurate but also simple and useful in solving the static and dynamic response of advanced composite beams.
Issad, Mohammed Naim;Fekrar, Abdelkader;Bakora, Ahmed;Bessaim, Aicha;Tounsi, Abdelouahed
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.1
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pp.711-719
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2018
The present work presents a free vibration and buckling analysis of orthotropic plates by proposing a novel two variable refined plate theory. Contrary to the conventional higher order shear deformation theories (HSDT) and the first shear deformation theory (FSDT), the proposed theory utilizes a novel displacement field which incorporates undetermined integral terms and involves only two unknowns. The governing equations are obtained from the dynamic version of principle of virtual works. The analytical solution of a simply supported orthotropic plate has been determined by using the Navier method. Numerical investigations are performed by employing the proposed model and the obtained results are compared with the existing HSDTs.
In this study, the effect of in-plane deformations on the dynamic behavior of laminated plates is investigated. For this purpose, the displacement-time and strain-time histories obtained from the large deflection analysis of laminated plates are compared for the cases with and without including in-plane deformations. For the first one, in-plane stiffness and inertia effects are considered when formulating the dynamic response of the laminated composite plate subjected to the blast loading. Then, the problem is solved without considering the in-plane deformations. The geometric nonlinearity effects are taken into account by using the von Karman large deflection theory of thin plates and transverse shear stresses are ignored for both cases. The equations of motion for the plate are derived by the use of the virtual work principle. Approximate solution functions are assumed for the space domain and substituted into the equations of motion. Then, the Galerkin method is used to obtain the nonlinear algebraic differential equations in the time domain. The effects of the magnitude of the blast load, the thickness of the plate and boundary conditions on the in-plane deformations are investigated.
In this article, a simple quasi-3D shear deformation theory is employed for thermo-mechanical bending analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates. The displacement field is defined using only 5 variables as the first order shear deformation theory (FSDT). Unlike the other high order shear deformation theories (HSDTs), the present formulation considers a new kinematic which includes undetermined integral variables. The governing equations are determined based on the principle of virtual work and then they are solved via Navier method. Analytical solutions are proposed to provide the deflections and stresses of simply supported FGM sandwich structures. Comparative examples are presented to demonstrate the accuracy of the present theory. The effects of gradient index, geometrical parameters and thermal load on thermo-mechanical bending response of the FG sandwich plates are examined.
An advanced model for the linear flutter analysis is introduced in this paper. Higher-order beam structural models are developed by using the Carrera Unified Formulation, which allows for the straightforward implementation of arbitrarily rich displacement fields without the need of a-priori kinematic assumptions. The strong form of the principle of virtual displacements is used to obtain the equations of motion and the natural boundary conditions for beams in free vibration. An exact dynamic stiffness matrix is then developed by relating the amplitudes of harmonically varying loads to those of the responses. The resulting dynamic stiffness matrix is used with particular reference to the Wittrick-Williams algorithm to carry out free vibration analyses. According to the doublet lattice method, the natural mode shapes are subsequently used as generalized motions for the generation of the unsteady aerodynamic generalized forces. Finally, the g-method is used to conduct flutter analyses of both isotropic and laminated composite lifting surfaces. The obtained results perfectly match those from 1D and 2D finite elements and those from experimental analyses. It can be stated that refined beam models are compulsory to deal with the flutter analysis of wing models whereas classical and lower-order models (up to the second-order) are not able to detect those flutter conditions that are characterized by bending-torsion couplings.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.2
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pp.250-255
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2008
Springs are widely utilized in machine element. To find out stiffness of frustum-shaped coil spring, the space beam theory using the finite element method is adopted in this paper. In three dimensional space, a space frame element is a straight bar of uniform cross section which is capable of resisting axial forces, bending moments about two principal axes in the plane of its cross section and twisting moment about its centroidal axis. The corresponding displacement degrees of freedom are twelve. To find out load vector of coil spring subjected to distributed compression. principle of virtual work is adapted. And this theory was programming using MATLAB software. To compare FEM using MATLAB software was applied MSC. Nastran software. The geometry model for MSC. Patran was produced by 3-D design modeling software. Finite element model was produced by MSC. Patran. Finite element was applied tetra (CTETRA) having 10 node. The analysis results of the MATLAB and MSC. Nastran are fairly well agreed with those of various experiments. Using MATLAB program proposed in this paper and MSC. Nastran, spring constants and stresses can be predicted by input of few factors.
In this research the hygro-thermo-mechanical loading and micromechanical model effects on bending behavior of functionally graded material plates resting on Winkler and Pasternak elastic foundations, the higher order shear deformation theory is used here. The material properties of the plate: young's modulus, thermal coefficient and moisture expansion coefficient are assumed to be graded in the thickness direction according to various micromechanical models starting with the Voigt's model which is commonly used in most functionally graded plates studies to the Reuss's, LRVE's and Mori-Tanaka's models. The principle of virtual displacement is used to determine the equilibrium equations and the a several numerical results are given to validate the precision of the present method for bending behavior of FGM plates subjected to hygro-thermo-mechanical loading resting on elastic foundations. Afterwards, a parametric study is conducted to determine the effect of different parameters on the deflection of the FGM plates like micromechanical models, type of loading and plate geometry. In the lights of the present research, it can be concluded that the present theory is accurate and simple in predicting the deflection behavior of functionally graded plates under hygro-thermo-mechanical effects and micromechanical models.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.155-160
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2001
Actual engineering structure is frequently very complex, and parts of structure are designed independently by different engineers. Also each structure contains so many degree of freedom. For these reason, methods have been developed which permits the structure to be divided into components or substructures, with analysis being done on a small substructure in order to obtain a full structural system. In such case, because of different mesh size among finite element model (FEM) or different matching points among FEM models and experimentally obtained models, their interfacing points may be non-matching. Solving this non-matching problem is useful to other application such as structural dynamic modification or model updating. In this work, virtual node concept is introduced. Lagrange multipliers are used to enforce the interface compatibility constraint, and interface displacement is approximated by polynomial presentation. The governing equation of whole structure is derived using hybrid variational principle. The eigenvalue of whole structure are calculated using the determinant search method. The number of degree of freedom in the eigenvalue problem can be drastically reduced to just the number of interface degree of freedom. Some numerical simulation is performed to show usefulness of synthesis method.
This work investigates a thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by proposing a novel quasi-3D type higher order shear deformation theory (HSDT). The mathematical model introduces only 5 variables as the first order shear deformation theory (FSDT). Unlike the conventional HSDT, the present one presents a novel displacement field which includes undetermined integral variables. The mechanical properties of functionally graded layers of the plate are supposed to change in the thickness direction according to a power law distribution. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The governing equations for the thermomechanical bending investigation are obtained through the principle of virtual work and solved via Navier-type method. Interesting results are determined and compared with quasi-3D and 2D HSDTs. The influences of functionally graded material (FGM) layer thickness, power law index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are discussed.
The current research presents a buckling analysis of isotropic and orthotropic plates by proposing a new four variable refined plate theory. Contrary to the existing higher order shear deformation theories (HSDT) and the first shear deformation theory (FSDT), the proposed model uses a new displacement field which incorporates undetermined integral terms and involves only four variables. The governing equations for buckling analysis are deduced by utilizing the principle of virtual works. The analytical solution of a simply supported rectangular plate under the axial loading has been determined via the Navier method. Numerical investigations are performed by using the proposed model and the obtained results are compared with CPT solutions, FSDT solutions, and the existing exact solutions in the literature. It can be concluded that the developed four variable refined plate theory, which does not use shear correction coefficient, is not only simple but also comparable to the FSDT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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