A free vibration analysis is made of a moderately-thick toroidal shell based on a shear deformation (Timoshenko-Mindlin) shell theory. This work represents an extension of earlier work by the authors which was based on a thin (Kirchoff-Love) shell theory. The analysis uses a modal approach in the circumferential direction, and numerical results are found using the differential quadrature method (DQM). The analysis is first developed for a shell of revolution of arbitrary meridian, and then specialized to a complete circular toroidal shell. A second analysis, based on the three-dimensional theory of elasticity, is presented to cover thick shells. The shear deformation theory is validated by comparing calculated results with previously published results for fifteen cases, found using thin shell theory, moderately-thick shell theory, and the theory of elasticity. Consistent agreement is observed in the comparison of different results. New frequency results are then given for moderately-thick and thick toroidal shells, considered to be completely free. The results indicate the usefulness of the shear deformation theory in determining natural frequencies for toroidal shells.
Laminated composite shells exhibit properties comsiderably different from those of the single-layer shell. Thus, to obtain the more accurate solutions to laminated composite shells ptoblems, effects of shear strain should be condidered in analysis of them. A higher-order shear deformation theory requires no shear correction coefficients. This theory is used to determine the buckling loads of elastic shells. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear through the thickness of the shell and rotary inertia. Exact solutions of simply-supported shells are obtained and the results are compared with the exact solutions of the first-order shear deformation theory, and the classical theory. The present theory predicts the buckling loads more accurately when compared to the first -order and classical theory.
This paper presents an improved 8-node shell element for the analysis of plates and shells. The finite element, based on a refined first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the different patterns of sampling points for interpolating different components of strains. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. Further, a refined first-order shear deformation theory, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains from the formulation based on the third-order shear deformation theory, is proposed. This formulation eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. Numerical examples demonstrate that the present element perform better in comparison with other shell elements.
This paper focuses on vibration analysis of functionally graded cylindrical shell submerged in an incompressible fluid. The equation is established considering axial and lateral hydrostatic pressure based on first order shear deformation theory of shell motion using the wave propagation approach and classic Fl$\ddot{u}$gge shell equations. To study accuracy of the present analysis, a comparison carried out with a known data and the finite element package ABAQUS. With this method the effects of shell parameters, m, n, h/R, L/R, different boundary conditions and different power-law exponent of material of functionally graded cylindrical shells, on the frequencies are investigated. The results obtained from the present approach show good agreement with published results.
In this paper nonlocal free vibration analysis of a doubly curved piezoelectric nano shell is studied. First order shear deformation theory and nonlocal elasticity theory is employed to derive governing equations of motion based on Hamilton's principle. The doubly curved piezoelectric nano shell is resting on Pasternak's foundation. A parametric study is presented to investigate the influence of significant parameters such as nonlocal parameter, two radii of curvature, and ratio of radius to thickness on the fundamental frequency of doubly curved piezoelectric nano shell.
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.
In the present study, a fifth-order shear and normal deformation theory using a polynomial function in the displacement field is developed and employed for the static analysis of laminated composite and sandwich simply supported spherical shells subjected to sinusoidal load. The significant feature of the present theory is that it considers the effect of transverse normal strain in the displacement field which is eliminated in classical, first-order and many higher-order shell theories, while predicting the bending behavior of the shell. The present theory satisfies the zero transverse shear stress conditions at the top and bottom surfaces of the shell. The governing equations and boundary conditions are derived using the principle of virtual work. To solve the governing equations, the Navier solution procedure is employed. The obtained results are compared with Reddy's and Mindlin's theory for the validation of the present theory.
In this paper, finite element stamping analysis was carried out for the front lower arm to examine the applicability of solid element with damage theory to predict shear fracture phenomena induced by sheared edge as well as deformation mechanisms. Mechanical properties related to deformation and damage theory were determined from tensile test. Shear fracture was predicted by normalized Cockcroft-Latham model with initial imposition of the damage value along the sheared edge. Simulation results illustrated that the analysis with solid element and damage theory predicted edge profile, strain distribution, and forming load more accurately than the analysis with shell element. Simulation with solid element can also predict the shear fracture more exactly comparing to analysis with shell element and forming limit curve.
In this study, a new refined hyperbolic shear deformation theory (RHSDT) is developed using an equivalent single-layer shell displacement model for the static bending and free vibration response of cross-ply laminated composite spherical shells. It is based on a new kinematic in which the transverse displacement is approximated as a sum of the bending and shear components, leading to a reduction of the number of unknown functions and governing equations. The proposed theory uses the hyperbolic shape function to account for an appropriate distribution of the transverse shear strains through the thickness and satisfies the boundary conditions on the shell surfaces without requiring any shear correction factors. The shell governing equations for this study are derived in terms of displacement from Hamilton's principle and solved via a Navier-type analytical procedure. The validity and high accuracy of the present theory are ascertained by comparing the obtained numerical results of displacements, stresses, and natural frequencies with their counterparts generated by some higher-order shear deformation theories. Further, a parametric study examines in detail the effect of both geometrical parameters (i.e., side-to-thickness ratio and curvature-radius-to-side ratio), on the bending and free vibration response of simply supported laminated spherical shells, which can be very useful for many modern engineering applications and their optimization design.
A nine node isoparametric plate bending element is used for bending analysis of laminated composite skew cylindrical shell panels. Both thick and thin shell panels are solved. Rotary inertia and shear deformation are incorporated by considering first order shear deformation theory. The analysis is performed considering shallow shell theory. Both shallow and moderately deep skew cylindrical shells are investigated. Skew cylindrical shell panels having different thickness ratios (h/a), radius to length ratios (R/a), ply angle orientations, number of layers, aspect ratio (b/a), boundary conditions and various loading (concentrated, uniformly distributed, linear varying and doubly sinusoidal varying) conditions are analysed. Various new results are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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