In this study, the bending and dynamic behaviors of laminated composite plates is examined by using a refined shear deformation theory and developed for a bending analysis of orthotropic laminated composite plates under various boundary conditions. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the plate. By dividing the transverse displacement into the bending and shear parts and making further assumptions, the number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported thick laminated rectangular plates is obtained through the use of Hamilton's principle. Numerical results for the bending and dynamic behaviors of antisymmetric cross-ply laminated plate under various boundary conditions are presented. The validity of the present solution is demonstrated by comparison with solutions available in the literature. Numerical results show that the present theory can archive accuracy comparable to the existing higher order shear deformation theories that contain more number of unknowns.
Bouchafa, Ali;Bouiadjra, Mohamed Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.18
no.6
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pp.1493-1515
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2015
A new refined hyperbolic shear deformation theory (RHSDT), which involves only four unknown functions as against five in case of other shear deformation theories, is presented for the thermoelastic bending analysis of functionally graded sandwich plates. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. 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. The sandwich plate faces are assumed to have isotropic, two-constituent material distribution through the thickness, and the modulus of elasticity, Poisson's ratio of the faces, and thermal expansion coefficients are assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. Several kinds of sandwich plates are used taking into account the symmetry of the plate and the thickness of each layer. The influences played by the transverse shear deformation, thermal load, plate aspect ratio and volume fraction distribution are studied. Numerical results for deflections and stresses of functionally graded metal-ceramic plates are investigated. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the thermoelastic bending behavior of functionally graded plates.
In this paper, a simple and refined nonlocal hyperbolic higher-order beam theory is proposed for bending and vibration response of nanoscale beams. The present formulation incorporates the nonlocal scale parameter which can capture the small scale effect, and it considers both shear deformation and thickness stretching effects by a hyperbolic variation of all displacements across the thickness without employing shear correction factor. The highlight of this formulation is that, in addition to modeling the displacement field with only two unknowns, the thickness stretching effect (${\varepsilon}_z{\neq}0$) is also included in the present model. By utilizing the Hamilton's principle and the nonlocal differential constitutive relations of Eringen, the equations of motion of the nanoscale beam are reformulated. Verification studies demonstrate that the developed theory is not only more accurate than the refined nonlocal beam theory, but also comparable with the higher-order shear deformation theories which contain more number of unknowns. The theoretical formulation proposed herein may serve as a reference for nonlocal theories as applied to the static and dynamic responses of complex-nanobeam-system such as complex carbon nanotube system.
In this paper, the nonlinear cylindrical bending behavior of functionally graded nanocomposite plates reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is studied using an efficient and simple refined theory. This theory is based on assumption that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments. The material properties of SWCNTs are assumed to be temperature-dependent and are obtained from molecular dynamics simulations. The material properties of functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTCRs) are assumed to be graded in the thickness direction, and are estimated through a micromechanical model. The fundamental equations for functionally graded nanocomposite plates are obtained using the Von-Karman theory for large deflections and the solution is obtained by minimization of the total potential energy. The numerical illustrations concern the nonlinear bending response of FG-CNTRC plates under different sets of thermal environmental conditions, from which results for uniformly distributed CNTRC plates are obtained as comparators.
In this paper, we study the Carbon/Glass hybrid laminated composite plates, where the buckling behavior is examined using an accurate and simple refined higher order shear deformation theory. This theory takes account the shear effect, where shear deformation and shear stresses will be considered in determination of critical buckling load under different boundary conditions. The most interesting feature of this new kind of hybrid laminated composite plates is that the possibility of varying components percentages, which allows us for a variety of plates with different materials combinations in order to overcome the most difficult obstacles faced in traditional laminated composite plates like (cost and strength). Numerical results of the present study are compared with three-dimensional elasticity solutions and results of the first-order and the other higher-order theories issue from the literature. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the buckling behavior of hybrid laminated composite plates and allows to industrials the possibility to adjust the component of this new kind of plates in the most efficient way (reducing time and cost) according to their specific needs.
A new refined hyperbolic shear and normal deformation beam theory is developed to study the free vibration and buckling of functionally graded (FG) sandwich beams under various boundary conditions. The effects of transverse shear strains as well as the transverse normal strain are taken into account. Material properties of the sandwich beam faces are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending, free vibration and buckling analyses are obtained for simply supported sandwich beams. Illustrative examples are given to show the effects of varying gradients, thickness stretching, boundary conditions, and thickness to length ratios on the bending, free vibration and buckling of functionally graded sandwich beams.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.4
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pp.107-114
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2004
In this paper, a simple improved 8-node finite element for the finite element analysis of fibrous composite plates is presented by using the direct modification. We drive explicit expressions of shape functions for the 8-node element with bilinear element geometry, which is modified so that it can represent any quadratic fields in Cartesian coordinates. The refined first-order shear deformation theory is proposed, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains and stresses from the formulation based on the third-order shear deformation theory. It eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. This finite element is further improved by combined use of assumed strain, modified shape function, and refined first-order theory. To show the effectiveness of our simple modification on the 8-node finite elements, numerical studies are carried out the static, buckling and free vibration analysis of fibrous composite plates.
The response of functionally graded ceramic-metal plates is investigated using theoretical formulation, Navier's solutions, and a new displacement based on the high-order shear deformation theory are presented for static analysis of functionally graded plates. The theory accounts for a quadratic variation of the transverse shear strains across the thickness, and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The plates are assumed to have isotropic, two-constituent material distribution through the thickness, and the modulus of elasticity of the plate is assumed to vary according to a power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Numerical results of the new refined plate theory are presented to show the effect of the material distribution on the deflections, stresses and fundamental frequencies. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the static and free vibration behavior of functionally graded plates.
Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Tounsi, A.;Bedia, E.A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.5
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pp.923-936
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2015
In this paper, a simple n-order refined theory based on neutral surface position is developed for bending and frees vibration analyses of functionally graded beams. The present theory is variationally consistent, uses the n-order polynomial term to represent the displacement field, 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. The governing equations are derived by employing the Hamilton's principle and the physical neutral surface concept. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with available published ones.
Djedid, I. Klouche;Draiche, Kada;Guenaneche, B.;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, E.A. Adda
Wind and Structures
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v.29
no.6
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pp.371-387
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2019
In the present paper, a simple refined nth-higher-order shear deformation theory is applied for the free vibration analysis of laminated composite plates. The proposed displacement field is based on a novel kinematic in which include the undetermined integral terms and contains only four unknowns, as against five or more in case of other higher-order theories. The present theory accounts for adequate distribution of the transverse shear strains through the plate thickness and satisfies the shear stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate, therefore, it does not require problem dependent shear correction factor. The governing equations of motion are derived from Hamilton's principle and solved via Navier-type to obtain closed form solutions. The numerical results of non-dimensional natural frequencies obtained by using the present theory are presented and compared with those of other theories available in the literature to verify the validity of present solutions. It can be concluded that the present refined theory is accurate and efficient in predicting the natural frequencies of isotropic, orthotropic and laminated composite plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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