Kheirikhah, M.M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.1
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pp.15-34
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2012
In the present paper, an improved high-order theory is used for bending analysis of soft-core sandwich plates. Third-order plate assumptions are used for face sheets and quadratic and cubic functions are assumed for transverse and in-plane displacements of the orthotropic soft core. Continuity conditions for transverse shear stresses at the interfaces as well as the conditions of zero transverse shear stresses on the upper and lower surfaces of the plate are satisfied. Also, transverse flexibility and transverse normal strain and stress of the orthotropic core are considered. The equations of motion and boundary conditions are derived by principle of minimum potential energy. Analytical solution for bending analysis of simply supported sandwich plates under various transverse loads are presented using Navier's solution. Comparison of the present results with those of the three-dimensional theory of elasticity and some plate theories in the literature confirms the accuracy of the proposed theory.
This paper deals with free vibration analysis of bidirectional functionally graded annular plates resting on a two-parameter elastic foundation. The formulations are based on the three-dimensional elasticity theory. This study presents a novel 2-D six-parameter power-law distribution for ceramic volume fraction of 2-D functionally graded materials that gives designers a powerful tool for flexible designing of structures under multi-functional requirements. Various material profiles along the thickness and in the in-plane directions are illustrated by using the 2-D power-law distribution. The effective material properties at a point are determined in terms of the local volume fractions and the material properties by the Mori-Tanaka scheme. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The fast rate of convergence of the method is shown and the results are compared against existing results in literature. Some new results for natural frequencies of the plates are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. The interesting results indicate that a graded ceramic volume fraction in two directions has a higher capability to reduce the natural frequency than conventional 1-D functionally graded materials.
Pasolini, P.;Dowell, E.H.;Rosa, S. De;Franco, F.;Savino, R.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.4
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pp.449-465
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2017
The aim of the present work is to present a computational study of the non-linear aero-elastic behavior of a multi-layered Thermal Protection System (TPS). The severity of atmospheric re-entry conditions is due to the combination of high temperatures, high pressures and high velocities, and thus the aero-elastic behavior of flexible structures can be difficult to assess. In order to validate the specific computational model and the overall strategy for structural and aerodynamics analyses of flexible structures, the simplified TPS sample tested in the 8' High Temperature Tunnel (HTT) at NASA LaRC has been selected as a baseline for the validation of the present work. The von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n^{\prime}s$ three dimensional large deflection theory for the structure and a hybrid Raleigh-Ritz-Galerkin approach, combined with the first order Piston Theory to describe the aerodynamic flow, have been used to derive the equations of motion. The paper shows that a good description of the physical behavior of the fabric is possible with the proposed approach. The model is further applied to investigate structural and aero-elastic influence of the number of the layers and the stitching pattern.
In this research, the free vibration response of laminated composite plates is investigated using a novel and simple higher order shear deformation plate theory. The model considers a non-linear distribution of the transverse shear strains, and verifies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without introducing shear correction coefficient. The developed kinematic uses undetermined integral terms with only four unknowns. Equations of motion are obtained from the Hamilton's principle and the Navier method is used to determine the closed-form solutions of antisymmetric cross-ply and angle-ply laminates. Numerical examples studied using the present formulation is compared with three-dimensional elasticity solutions and those calculated using the first-order and the other higher-order theories. It can be concluded that the present model is not only accurate but also efficient and simple in studying the free vibration response of laminated composite plates.
Stone column installation is a convenient method for improvement of soft ground. In very soft clays, in order to increase the lateral confinement of the stone columns, encasing the columns with high stiffness and creep resistant geosynthetics has proved to be a successful solution. This paper presents the results of three dimensional finite element analyses for evaluating improvement in behaviour of ordinary stone columns (OSCs) installed in soft clay by geotextile encasement under monotonic and cyclic loading by a comprehensive parametric study. The parameters include length and stiffness of encasement, types of stone columns (floating and end bearing), frictional angle and elastic modulus of stone column's material and diameter of stone columns. The results indicate that increasing the stiffness of encasement clearly enhances cyclic behaviour of geotextile encased stone columns (GESCs) in terms of reduction in residual settlement. Performance of GESCs is less sensitive to internal friction angle and elasticity modulus of column's materials in comparison with OSCs. Also, encasing at the top portion of stone column up to triple the diameter of column is found to be adequate in improving its residual settlement and at all loading cycles, end bearing columns provide much higher resistance than floating columns.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.11
s.176
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pp.111-117
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2005
The vibration problems associated with gear coupled rotors have been the focus of much engineering work. These systems are complex and difficult to analyze in that they have the problems associated with conventional rotors plus those additional problems associated with the gear couplings. This paper examines the problems peculiar to the gear mesh. Because of the meshing action of gears, the elasticity of the gear teeth introduces time-varying stiffness coefficients into the governing equations of motion. This means that system response must be thought of in terms of Mathieu-type equations, where multiple-frequency response occur due to the periodic coefficients. The meshing action of the gears also couples the lateral and torsional gear motions. Gear errors, such as tooth profile and spacing errors, produce forces and torque that excite the system at multiple frequencies, some of which are much higher than shaft rotational speed. To investigate how to the time-varying stiffness in the gear teeth and the gear errors act one the dynamic response of the gear coupled rotors, a three-dimensional dynamic model with lateral-tortional oscillation is developed. The harmonic balance technique is employed to solve this mathieu-type problem.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.3
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pp.239-249
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2014
In this paper, the analysis of a numerical study of pile-soil interaction subjected to axial and lateral loads is presented. An analysis of the composite pile-soil system was performed using the finite difference (FD) software LPILE. Two three dimensional, finite element (FE) models of pile-soil interaction have been developed using Abaqus/Cae and SAP2000 to study the effect of lateral loading on pile embedded in clay. A lateral displacement of 2 cm was applied to the top of the pile, which is embedded into the concrete pile cap, while maintaining a zero slope in a guided fixation. A comparison between the bending moments and lateral displacements along the depth of the pile obtained from the FD solutions and FE was performed. A parametric study was conducted to study the effect of crucial design parameters such as the soil's modulus of elasticity, radius of the soil surrounding the pile in Abaqus/Cae, and the number of springs in SAP2000. A close correlation is found between the results obtained by the FE models and the FD solution. The results indicated that increasing the amount of clay surrounding the piles reduces the induced bending moments and lateral displacements in the piles and hence increases its capacity to resist lateral loading.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.3
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pp.1-7
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2020
Fused filament fabrication (FFF) is a process extruding and stacking materials. PLA materials are one of the most frequently used materials for FFF method of 3D printing. Polylactic acid (PLA)-based materials are among the most widely used materials for FFF-based three-dimensional (3D) printing. PLA is an eco-friendly material made using starch extracted from corn, as opposed to plastic made using conventional petroleum resin; PLA-based materials are used in various fields, such as packaging, aerospace, and medicines. However, it is important to analyze the mechanical properties of theses materials, such as elastic strength, before using them as structural materials. In this study, the reliability of PLA-based materials is assessed through an analysis of the changes in the linear elasticity of these materials under thermal degradation by applying a hyperelastic analytical model.
Iswanto, Apri Heri;Susilowati, Arida;Azhar, Irawati;Riswan, Riswan;Supriyanto, Supriyanto;Tarigan, Joel Elpinta;Fatriasari, Widya
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.44
no.4
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pp.539-550
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2016
The objective of this research was to evaluate physical and mechanical properties of three species of Styrax woods from North Tapanuli in Indonesia. The woods were more than 15 years old. Physical properties such as specific gravity, green moisture content, and volume shrinkage were determined by the procedures based on BS-373 standard for small clear specimen. Furthermore, mechanical properties, including modulus of rupture, modulus of elasticity, compression parallel to grain and hardness were also tested according to the standard. Along the stem direction, the edge section had better properties compared with those near the pith section. And the base section had also better properties than upper section. Based on the specific gravity, all of the Styrax woods in this research were classified into III-IV strength classes. A good dimensional stability was demonstrated by the value of the tangential and radial ratio which reached one. With the consideration of the mechanical properties, Styrax woods were suitable use for raw materials of light construction, furniture and handy craft.
For the first time, an accurate analytical solution, based on coupled three-dimensional (3D) piezoelasticity equations, is presented for free vibration analysis of the angle-ply elastic and piezoelectric flat laminated panels under arbitrary boundary conditions. The present analytical solution is applicable to composite, sandwich and hybrid panels having arbitrary angle-ply lay-up, material properties, and boundary conditions. The modified Hamiltons principle approach has been applied to derive the weak form of governing equations where stresses, displacements, electric potential, and electric displacement field variables are considered as primary variables. Thereafter, multi-term multi-field extended Kantorovich approach (MMEKM) is employed to transform the governing equation into two sets of algebraic-ordinary differential equations (ODEs), one along in-plane (x) and other along the thickness (z) direction, respectively. These ODEs are solved in closed-form manner, which ensures the same order of accuracy for all the variables (stresses, displacements, and electric variables) by satisfying the boundary and continuity equations in exact manners. A robust algorithm is developed for extracting the natural frequencies and mode shapes. The numerical results are reported for various configurations such as elastic panels, sandwich panels and piezoelectric panels under different sets of boundary conditions. The effect of ply-angle and thickness to span ratio (s) on the dynamic behavior of the panels are also investigated. The presented 3D analytical solution will be helpful in the assessment of various 1D theories and numerical methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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