A study on the dynamic mechanical properties of the high strength carbon fiber epoxy composite beam was carried out. The macromechanical model was used for the theoretical analysis of the symmetric laminated composite beam. The anisotropic plate theory and Bernoulli-Euler beam theory were used to predict the effective flexural elastic modulus and the specific damping capacity of laminated composite beam. The free flexural vibration and torsional vibration tests were carried out to determine the specific damping capacities of the unidirectional laminated composite beam. The vibration tests were performed in a vacuum chamber with laser vibrometer system and electromagnetic hammer to obtain accurate experimental data. From the computational and experimental results, it was found that the theoretical values with the macromechanical analysis and the experimental data of symmetric laminated composite beam were in good agreement.
Hayat Saidi;Abdelouahed Tounsi;Fouad Bourada;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdeldjebbar Tounsi;Firas Ismail Salman Al-Juboori
Steel and Composite Structures
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제52권3호
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pp.249-271
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2024
In this scientific work, an analytical solution for the dynamic analysis of cross-ply and angle-ply laminated composite plates is proposed. Due to technical issues during the manufacturing of composite materials, porosities and micro-voids can be produced within the composite material samples, which can carry on to a reduction in the density and strength of the materials. In this research, the laminated composite plates are assumed to have new distributions of porosities over the plate cross-section. The structure is modeled using a simple integral shear deformation theory in which the transverse shear deformation effect is included. The governing equations of motion are obtained employing the principle of Hamilton's. The solution is determined via Navier's approach. The Maple program is used to obtain the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometry, ratio, modulus ratio, fiber orientation angle, number of layers and porosity parameter on the natural frequencies of symmetric and anti-symmetric laminated composite plates is presented and discussed in detail. Also, the impacts of the kinds of porosity distribution models on the natural frequencies of symmetric and anti-symmetric laminated composite plates are investigated.
In this paper, the design of thick laminated composite plate subjected to thermal buckling load under uniform temperature distribution is presented. In the design procedures of composite laminated plates for maximum thermal buckling load. the finite element method based on shear deformed theory is used for the analysis or laminated plates. One-demensional search method is used to find optimal fiber orientation and, in the next step, optimal thickness is investigated. Design variables such as fiber orientation and ply thicknesses coefficient of plates are adopted. The optimal design for the symmetric or antisymmetric laminated plates consisted of 4 layers with maximum thermal buckling load is performed.
본 연구의 목적은 복합재료의 이점을 증명하고, 비등방성 대칭 적층 원통형 쉘의 거동을 분석하는 것으로서, 비등방성 대칭 적층 원통형 쉘을 해석하기 위해서 전진차분법, 중앙차분법, 후진차분법으로 구성되어 있는 유한차분법을 적용하였다. 본 연구에서는 처짐과 모멘트를 자유도로 고려하였으며, 이는 모멘트 계산시 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 4변이 모두 단순지지된 경계조건을 고려하였다. 수치해석 결과, 유한차분법에 의한 본 연구의 프로그램이 비등방성 대칭 적층 원통형 쉘의 해석에 적합함을 알 수 있으며, 효과적인 보강섬유의 배치 방법을 제시하였다.
The free vibration analysis of stiffened laminated composite plates has been performed using the layered (zigzag) finite element method based on the first order shear deformation theory. The layers of the laminated plate is modeled using nine-node isoparametric degenerated flat shell element. The stiffeners are modeled as three-node isoparametric beam elements based on Timoshenko beam theory. Bilinear in-plane displacement constraints are used to maintain the inter-layer continuity. A special lumping technique is used in deriving the lumped mass matrices. The natural frequencies are extracted using the subspace iteration method. Numerical results are presented for unstiffened laminated plates, stiffened isotropic plates, stiffened symmetric angle-ply laminates, stiffened skew-symmetric angle-ply laminates and stiffened skew-symmetric cross-ply laminates. The effects of fiber orientations (ply angles), number of layers, stiffener depths and degrees of orthotropy are examined.
The finite strip transition matrix technique, a semi analytical method, is employed to obtain the buckling loads and the natural frequencies of symmetric cross-ply laminated composite plates with edges elastically restrained against both translation and rotation. To illustrate the accuracy and the validation of the method several example of cross play laminated composite plates were analyzed. The buckling loads and the frequency parameters are presented and compared with available results in the literature. The convergence study and the excellent agreement with known results show the reliability of the purposed technique.
In the present study, the combined effects of thermal and mechanical loadings on the interlaminar shear stresses of both moderately thin and thick composite laminated beams are numerically analyzed. The finite element modelling of laminated composite beams and analysis of interlaminar stresses are performed using the commercially available software package MSC NASTRAN/PATRAN. The validity of the finite element analysis (FEA) is demonstrated by comparing the experimental test results obtained due to mechanical loadings under the influence of thermal environment with those derived using the present FEA. Various parametric studies are also performed to investigate the effect of thermal loading on interlaminar stresses generated in symmetric, anti-symmetric, asymmetric, unidirectional, cross-ply, and balanced composite laminated beams of different stacking sequences with identical mechanical loadings and various boundary conditions. It is shown that the elevated thermal environment lead to higher interlaminar shear stresses varying with the stacking sequence, length to thickness ratio, ply orientations under identical mechanical loading and boundary conditions of the composite laminated beams. It is realized that the magnitude of the interlaminar stresses along xz plane is always much higher than those of along yz plane irrespective of the ply-orientation, length to thickness ratios and boundary conditions of the composite laminated beams. It is also observed that the effect of thermal environment on the interlaminar shear stresses in carbon-epoxy fiber reinforced composite laminated beams are increasing in the order of symmetric cross-ply laminate, unidirectional laminate, asymmetric cross-ply laminate and anti-symmetric laminate. The interlaminar shear stresses are higher in thinner composite laminated beams compared to that in thicker composite laminated beams under all environmental temperatures irrespective of the laminate stacking sequence, ply-orientation and boundary conditions.
A new analytical solution based on a third order shear deformation theory for the problem of static analysis of cross-ply doubly-curved shells is presented. The boundary-discontinuous generalized double Fourier series method is used to solve highly coupled linear partial differential equations with the mixed type simply supported boundary conditions prescribed on the edges. The complementary boundary constraints are introduced through boundary discontinuities generated by the selected boundary conditions for the derivation of the complementary solution. The numerical accuracy of the solution is compared by studying the comparisons of deflections, stresses and moments of symmetric and anti-symmetric laminated shells with finite element results using commercially available software under uniformly distributed load. Results are in good agreement with finite element counterparts. Additional results of the symmetric and anti-symmetric laminated and sandwich shells under single point load at the center and pressure load, are presented to provide data for the unsolved boundary conditions, benchmark comparisons and verifications.
Bi-stable structure can be stable in both its extended and coiled forms. For the un-stressed thin cylindrical shell, the strain energy expressions are deduced by using a theoretical model in terms of only two parameters. Based on the principle of minimum potential energy, the bi-stable behaviors of the cylindrical shells are investigated. The results indicate that the isotropic cylindrical shell does not have the second stable configuration and laminated cylindrical shells with symmetric or antisymmetric layup of fibers have the second stable state under some confined conditions. In the case of antisymmetric laminated cylindrical shell, the analytical expressions of the stability are derived based on the extremal principle, and the shell can achieve a compact coiled configuration without twist deformation in its second stable state. In the case of symmetric laminated cylindrical shell, the explicit solutions for the stability conditions cannot be deduced. Numerical results show that stable configuration of symmetric shell is difficult to achieve and symmetric shell has twist deformation in its second stable form. In addition, the roll-up radii of the antisymmetric laminated cylindrical shells are calculated using the finite element package ABAQUS. The results show that the value of the roll-up radii is larger from FE simulation than from theoretical analysis. By and large, the predicted roll-up radii of the cylindrical shells using ABAQUS agree well with the theoretical results.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제14권2호
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pp.67-78
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2010
An elastic field composed of symmetric cross-ply laminated material is analyzed in roller guided panel. The plane stress elasticity problem is formulated in terms of two displacement parameters with mixed boundary conditions. The numerical solution for two displacement parameters is obtained using a finite element method considering a panel of glass/epoxy laminated composite. Some components of stress and displacement at different sections of panel are displayed. The results makes sure that the formulation developed in this study can be applied to analyze the characteristics of elastic field made of laminated composite under any boundary conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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