A 4-unknown shear deformation theory is applied to investigate the vibration of functionally graded plates under thermal environment. The plate is fabricated from a functionally graded material mixed of ceramic and metal with continuously varying material properties through the plate thickness. Three types of thermal loadings, uniform, linear and nonlinear temperature rises along the plate thickness are taken into account. The present theory contains four unknown functions as against five or more in other higher order shear deformation theories. The through-the-thickness distributions of transverse shear stresses of the plate are considered to vary parabolically and vanish at upper and lower surfaces. The present model does not require any problem dependent shear correction factor. Analytical solutions for the free vibration analysis are derived based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Benchmark solutions are firstly considered to evaluate the accuracy of the proposed model. Comparisons with the solutions available in literature revealed the good capabilities of the present model for the simulations of vibration responses of FG plates. Some parametric studies are carried out for the frequency analysis by varying the volume fraction profile and the temperature distribution across the plate thickness.
Lazreg Hadji;Royal Madan;Hassen Ait Atmane;Fabrice Bernard;Nafissa Zouatnia;Abdelkader Safa
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.6
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pp.539-549
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2024
In this paper, thermal buckling analysis was conducted using trigonometric shear deformation theory, which employs only four unknowns instead of five. This present theory is variationally consistent, and accounts for a trigonometric 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 grading is provided along the thickness of the plate as per power law volume fraction variation of metal-matrix ceramic reinforced composite. The non-linear governing equation problem was solved for simply supported boundary conditions. Three types of thermal loads are assumed in this work: uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. It is well known that material properties change with temperature variations and so the analysis was performed for both the cases: temperature-dependent (TD) and temperature-independent (TID) material properties. The impact on thermal buckling for both linear and non-linear temperature variation was considered. The results were validated for the TID case with other theories and were found to be in good agreement. Furthermore, a comprehensive analysis was performed to study the impact of grading indices and geometrical parameters, such as aspect ratio (a/b) and side-to-thickness ratio (a/h), on the thermal buckling of the FG plate.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.4
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pp.108-113
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2013
Industrialization and modernization of the beginning of the IT industry is growing very fast. Since telecommunications industry was developed rapidly, technologies about miniaturization and high-precision of parts have been actively developed to lead information revolution. generally, the entire shear surface of the product applying fine blanking technology must be very precise. Fine blanking is used to save cost by avoiding post-processing of the product. When using press blanking, it spends a lot of money on the production by using many post-processing. Fine blanking typically used in 0.5~18 mm thick steel plate. Because a lot of post-processing cost can be used to process, except for fine blanking. In order to develop components "CHANCE CONTENTS" in the fine blanking process, the purpose of this study is to minimize the edge of the bridge, secured 95% of the material thickness of the shear surface using the 1.6 mm thickness of the material SPCC. Blanking process by introducing after changing thickness through forging process, due to change in vee-rring force and counter force, the experimental amount of depressions and flatness and the shear surface were analyzed.
The hygro-thermo-mechanical bending behavior of sigmoid functionally graded material (S-FGM) plate resting on variable two-parameter elastic foundations is discussed using a four-variable refined plate theory. The material characteristics are distributed within the thickness direction according to the two power law variation in terms of volume fractions of the constituents of the material. By employing a four variable refined plate model, both a trigonometric distribution of the transverse shear strains within the thickness and the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate are respected without utilizing shear correction factors. The number of independent variables of the current formulation is four, as against five in other shear deformation models. The governing equations are deduced based on the four-variable refined plate theory incorporating the external load and hygro-thermal influences. The results of this work are compared with those of other shear deformation models. Various numerical examples introducing the influence of power-law index, plate aspect ratio, temperature difference, elastic foundation parameters, and side-to-thickness ratio on the static behavior of S-FGM plates are investigated.
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.
The novelty of this paper is the use of a simple higher order shear and normal deformation theory for bending and free vibration analysis of functionally graded material (FGM) beams on two-parameter elastic foundation. To this aim, a new shear strain shape function is considered. Moreover, the proposed theory considers a novel displacement field which includes undetermined integral terms and contains fewer unknowns with taking into account the effects of both transverse shear and thickness stretching. Different patterns of porosity distributions (including even and uneven distribution patterns, and the logarithmic-uneven pattern) are considered. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending and free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams for which properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Hamilton's principle is used to derive the governing equations of motion. Navier type analytical solutions are obtained for the bending and vibration problems. Numerical results are obtained to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, foundation parameter, the volume fraction of porosity and micromechanical models on the displacements, stresses, and frequencies.
The seismic performance of the reinforced concrete (RC) special-shaped column to steel beam connections with steel jacket used in the RC column to steel beam fabricated frame structures was investigated in this study. The three full-scale specimens were subjected to cyclic loading. The failure mode, ultimate bearing capacity, shear strength capacity, stiffness degradation, energy dissipation capacity, and strain distribution of the specimens were studied by varying the steel jacket thickness parameters. Test results indicate that the RC special-shaped column to steel beam connection with steel jacket is reliable and has excellent seismic performance. The hysteresis curve is full and has excellent energy dissipation capacity. The thickness of the steel jacket is an important parameter affecting the seismic performance of the proposed connections, and the shear strength capacity, ductility, and initial stiffness of the specimens improve with the increase in the thickness of the steel jacket. The calculation formula for the shear strength capacity of RC special-shaped column to steel beam connections with steel jacket is proposed on the basis of the experimental results and numerical simulation analysis. The theoretical values of the formula are in good agreement with the experimental values.
The behavior of pavement and waterproofing layer on the steel bridge deck system under traffic loading was analyzed using a finite element method in this paper. In the finite element analysis, the othotropic steel bridge deck is represented by equivalent plate using solid element instead of shell element and the interface is assumed perfect bonding state. The effects of several parameters such as thickness of deck, Young's modulus of deck, thickness of pavement, different braking loading, and temperature on the stresses and strain in the interface are investigated for bridge deck pavement. The shear stress of waterproof layer increases with decrease of bridge deck thickness and stiffness. The change of shear stress is negligible when the bridge deck thictaess is greater than 150mm and stiffness is greater than $2{\times}10^{5}MPa$. As the pavement thickness and temperature decrease, the shear stress in the waterproof layer tends to be increased. The tensile strain at the bottom asphalt layer decreases as the temperature and thickness increase.
Until now, a comparative study on fully and partially-connected steel shear walls leading to enhancing strength and stiffness reduction of partially-connected steel plate shear wall structures has not been reported. In this paper a number of 4-story and 8-story steel plate shear walls, are considered with three different connection details of infill plate to surrounding frame. The specimens are modeled using nonlinear finite element method verified excellently with the experimental results and analyzed under monotonic loading. A comparison between initial stiffness and shear strength of models as well as percentage of shear force by model boundary frame and infill plate are performed. Moreover, a comparison between energy dissipation, ductility factor and distribution of Von-Mises stresses of models are presented. According to the results, the initial stiffness, shear resistance, energy dissipation and ductility of the models with beam-only connected infill plates (SSW-BO) is found to be about 53%, 12%, 15% and 48% on average smaller than those of models with fully-connected infill plates (SPSW), respectively. However, performance characteristics of semi-supported steel shear walls (SSSW) containing secondary columns by simultaneously decreasing boundary frame strength and increasing thickness of infill plates are comparable to those of SPSWs. Results show that by using secondary columns as well as increasing thickness of infill plates, the stress demands on boundary frame decreases substantially by as much as 35%. A significant increase in infill plate share on shear capacity by as much as 95% and 72% progress for the 4-story SSW-BO and 8-story SSSW8, respectively, as compared with non-strengthened counterparts. A similar trend is achieved by strengthening secondary columns of 4-story SSSW leading to an increase of 50% in shear force contribution of infill plate.
Typical composite girder has been composed with conventional concrete deck and steel girder. Recently, ultrahigh-performance-concrete (UHPC) deck is proposed in order to enhance durability and reduce weight of deck as well as to increase stiffness and strength of the composite girder. This study investigates that a headed stud is still compatible as a shear connector for the UHPC deck and steel girder composite beam. Twelve push-out specimens are prepared to evaluate the static strength of stud shear connectors embedded in the UHPC deck. The test program proves that the static strength of the stud shear connectors embedded in UHPC well meets with design codes described in AASHTO LRFD. Chosen experimental variables are aspect ratio of height to diameter of stud, thickness of deck and thickness of concrete cover over the head of stud. From the test program, aspect ratio and cover thickness are investigated to mitigate the regulations of the existing design codes. The minimum aspect ratio and the minimum cover thickness given in AASHTO LRFD are four and 50mm, respectively. This limitation hinders to lower the thickness of the UHPC deck. The results of the experiment program give that the aspect ratio and the cover thickness can be lower down to three and 25mm, respectively. Eurocode-4 regulates characteristic relative slip at least 6mm. However, test results show that stud shear connectors embedded in UHPC provide the characteristic relative slip only about 4mm. Therefore, another measures to increase ductility of stud should be prepared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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