A layerwise (LW) formulation based on the Galerkin method is presented to investigate the three-dimensional stress state in long sandwich plate which is subjected to tension force and pure bending moment. Based on the Galerkin method and the LW discretization approach, the equilibrium equations of elasticity for the long plate are written in the weak form and discretized through the thickness of the plate. The discretized equations are written in terms of displacement components of the numerical layers. The governing equations of the plate are solved analytically for the free edge boundary conditions. The distribution of stress state especially the 3D stress state in the vicinity of the edges of the sandwich plate which is subjected to tension and pure bending is studied. In order to increase the accuracy, the out of plane stresses are obtained by integrating the equilibrium equations of elasticity. The convergence and accuracy of the predictions are studied and various numerical results are presented for distribution of the in-plane and out of plane stresses in symmetric and un-symmetric sandwich plates.
In this study, a CFD code is developed to perform simulation of the surface and internal flow of a three-dimensional rectangular cavity driven by an external gas flow. Investigated in this study are surface characteristic such as surface tension, surface dilational viscosity(or surface elasticity), and surface viscosity. Visualization of the surface of water is performed to compare with the numerical results obtained with the developed in-house code. We have found that the surface flow is very sensitive to the surface tension and other configurations. The surface flow velocity obtained from the numerical solution is lower than the experimental result.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.1
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pp.65-76
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1994
A higher-oder laminated plate theory including the effect of transverse shear deformation is developed to calculate the gross response and the detailed stress distribution. The theory satisfies the continuity condition of transverse shear stress, and accounts for parabolic variation of the transverse shear stresses through the thickness of each layer. Exact closed-ply laminates are obtained and the results are compared with three-dimensional elasticity solutions and a simple higher-order theory solutions. The results of the present work exhibit acceptable accuracy when compared to the three-dimensional elasticity solutions.
The essential idea of the element-free Galerkin method (EFG) is that moving least-squares (MLS) approximation are used for the trial and test functions with the variational principle (weak form). By using the weighted orthogonal basis function to construct the MLS interpolants, we derive the formulae for an improved element-free Galerkin (IEFG) method for solving three-dimensional problems in linear elasticity. There are fewer coefficients in improved moving least-squares (IMLS) approximation than in MLS approximation. Also fewer nodes are selected in the entire domain with the IEFG method than is the case with the conventional EFG method. In this paper, we selected a few example problems to demonstrate the applicability of the method.
This paper deals with free vibration analysis of continuous grading fiber reinforced (CGFR) and bi-directional FG annular sector plates on two-parameter elastic foundations under various boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method (DQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. Results indicate that the non-dimensional natural frequency parameter of a functionally graded fiber volume fraction is larger than that of a discrete laminated and close to that of a 2-layer. It results that the CGFR plate attains natural frequency higher than those of traditional discretely laminated composite ones and this can be a benefit when higher stiffness of the plate is the goal and that is due to the reduction in spatial mismatch of material properties. Moreover, it is shown that a graded ceramic volume fraction in two directions has a higher capability to reduce the natural frequency than conventional one-dimensional functionally graded material. The multidirectional graded material can likely be designed according to the actual requirement and it is a potential alternative to the unidirectional functionally graded material. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
This paper presents a three-dimensional displacement-based formulation to investigate the free vibration of functionally graded nanoplates resting on a Winkler-Pasternak foundation based on the nonlocal elasticity theory. The material properties of the FG nanoplate are considered to vary continuously through the thickness of the nanoplate according to the power-law distribution model. A general three-dimensional displacement field is considered for the plate, which takes into account the out-of-plane strains of the plate as well as the in-plane strains. Unlike the shear deformation theories, in the present formulation, no predetermined form for the distribution of displacements and transverse strains is considered. The equations of motion for functionally graded nanoplate are derived based on Hamilton's principle. The solution is obtained for simply-supported nanoplate, and the predicted results for natural frequencies are compared with the predictions of shear deformation theories which are available in the literature. The predictions of the present theory are discussed in detail to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, mode numbers and the elastic foundation on the dynamic behavior of the functionally graded nanoplate. The present study presents a three-dimensional solution that is able to determine more accurate results in predicting of the natural frequencies of flexural and thickness modes of nanoplates. The effects of parameters that play a key role in the analysis and mechanical design of functionally graded nanoplates are investigated.
Rapid advances in the engineering applications can bring further areas to provide the opportunity to manipulate anisotropic structures for direct productivity in design of micro/nano-structures. For the first time, magnetic affected wave characteristics of nanosize plates made of anisotropic material is investigated via the three-dimensional bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory. Three small scale parameters are used to predict the size-dependent behavior of the nanoplates more accurately. After owing governing equations of wave motion, an analytical approach based harmonic series is utilized to fine the wave frequency as well as phase velocity. It is observed that the small scale parameters, magnetic field and wave number have considerable influence on the wave characteristics of anisotropic nanoplates. Due to the lack of any study on the mechanics of three-dimensional bi-Helmholtz gradient plates made of anisotropic materials, it is hoped that the present exact model may be used as a benchmark for future works of such nanostructures.
The paper studies the natural oscillation of the three-layered solid sphere with a middle layer made of Functionally Graded Material (FGM). It is assumed that the materials of the core and outer layer of the sphere are homogeneous and isotropic elastic. The three-dimensional exact equations and relations of linear elastodynamics are employed for the investigations. The discrete-analytical method proposed by the first author in his earlier works is applied for solution of the corresponding eigenvalue problem. It is assumed that the modulus of elasticity, Poisson's ratio and density of the middle-layer material vary continuously through the inward radial direction according to power law distribution. Numerical results on the natural frequencies related to the torsional and spheroidal oscillation modes are presented and discussed. In particular, it is established that the increase of the modulus of elasticity (mass density) in the inward radial direction causes an increase (a decrease) in the values of the natural frequencies.
In this study, the influences of triaxial magnetic field on the wave propagation behavior of anisotropic nanoplates are studied. In order to include small scale effects, nonlocal strain gradient theory has been implemented. To study the nanoplate as a continuum model, the three-dimensional elasticity theory is adopted in Cartesian coordinate. In our study, all the elastic constants are considered and assumed to be the functions of (x, y, z), so all kind of anisotropic structures such as hexagonal and trigonal materials can be modeled, too. Moreover, all types of functionally graded structures can be investigated. eigenvalue method is employed and analytical solutions for the wave propagation are obtained. To justify our methodology, our results for the wave propagation of isotropic nanoplates are compared with the results available in the literature and great agreement is achieved. Five different types of anisotropic structures are investigated in present paper and then the influences of wave number, material properties, nonlocal and gradient parameter and uniaxial, biaxial and triaxial magnetic field on the wave propagation analysis of anisotropic nanoplates are presented. From the best knowledge of authors, it is the first time that three-dimensional elasticity theory and nonlocal strain gradient theory are used together with no approximation to derive the governing equations. Moreover, up to now, the effects of triaxial magnetic field have not been studied with considering size effects in nanoplates. According to the lack of any common approximations in the displacement field or in elastic constant, present theory has the potential to be used as a bench mark for future works.
A new model of generalized thermoelasticity equations for isotropic media with temperature-dependent mechanical properties is established. The modulus of elasticity is taken as a linear function of reference temperature. The present model is described both generalizations, Lord Shulman (L-S) theory with one relaxation time and Green-Lindsay (G-L) with two relaxation times, as well as the coupled theory, instantaneously. The method of the matrix exponential, which constitutes the basis of the state space approach of modern control theory, applied to two-dimensional equations. Laplace and Fourier integral transforms are used. The resulting formulation is applied to a problem of a thick plate subject to heating on parts of the upper and lower surfaces of the plate that varies exponentially with time. Numerical results are given and illustrated graphically for the problem considered. A comparison was made with the results obtained in case of temperature-independent modulus of elasticity in each theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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