The hygrothermal stresses in sandwich plate with composite faces due to through the thickness gradient temperature and (or) moisture content are investigated. The layer-wise theory is employed for formulation of the problem. The formulation is derived for sandwich plate with general layer stacking, subjected to uniform and non-uniform temperature and moisture content through the thickness of the plate. The governing equations are solved for free edge conditions and 3D stresses are investigated. The out of plane stresses are obtained by equilibrium equations of elasticity and by the constitutive law and the results for especial case are compared with the predictions of a 3D finite element solution in order to study the accuracy of results. The three-dimensional stresses especially the free edge effect on the distribution of the stresses is studied in various sandwich plates and the effect of uniform and non-uniform thermal and hygroscopic loading is investigated.
Enhanced three-dimensional finite elements for geometrically nonlinear analysis of cable-supported structures are presented. The cable element, derived by using the concept of an equivalent modulus of elasticity and assuming the deflection curve of a cable as catenary function, is proposed to model the cables. The stability functions for a frame member are modified to obtain a numerically stable solution. Various numerical examples are solved to illustrate the versatility and efficiency of the proposed finite element model. It is shown that the finite elements proposed in this study can be very useful for geometrically nonlinear analysis as well as free vibration analysis of three-dimensional cable-supported structures.
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of eccentric hemi-spherical shells of revolution with variable thickness. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components $u_r$, $u_{\Theta}$, and $u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be periodic in ${\theta}$ and in time, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential and kinetic energies of eccentric hemi-spherical shells with variable thickness are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to three or four-digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the shells. Numerical results are presented for a variety of eccentric hemi-spherical shells with variable thickness.
Based on Reissner's mixed variational theorem (RMVT), the authors develop a semi-analytical finite element (FE) method for a three-dimensional (3D) bending analysis of nonhomogeneous orthotropic, complete and incomplete toroidal shells subjected to uniformly-distributed loads. In this formulation, the toroidal shell is divided into several finite annular prisms (FAPs) with quadrilateral cross-sections, where trigonometric functions and serendipity polynomials are used to interpolate the circumferential direction and meridian-radial surface variations in the primary field variables of each individual prism, respectively. The material properties of the toroidal shell are considered to be nonhomogeneous orthotropic over the meridianradial surface, such that homogeneous isotropic toroidal shells, laminated cross-ply toroidal shells, and single- and bi-directional functionally graded toroidal shells can be included as special cases in this work. Implementation of the current FAP methods shows that their solutions converge rapidly, and the convergent FAP solutions closely agree with the 3D elasticity solutions available in the literature.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.3
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pp.22-30
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2012
This study deals with an enhanced assumed strain (EAS) three-dimensional element for free vibration analysis of laminated composite and sandwich structures. The three-dimensional finite element (FE) formulation based on the EAS method for composite structures shows excellence from the standpoints of computational efficiency, especially for distorted element shapes. Using the EAS FE formulation developed for this study, the effects of side-to-thickness ratios, aspect ratios and ply orientations on the natural frequency are studied and compared with the available elasticity solutions and other plate theories. The numerical results obtained are in good agreement with those reported by other investigators. The new approach works well for the numerical experiments tested, especially for complex structures such as sandwich plates with laminated composite faces.
The aim of this present research is the effect of the higher-order terms of the governing equation on the forced longitudinal vibration of a nanorod model and making comparisons of the results with classical nonlocal elasticity theory. For this purpose, the free axial vibration along with forced one under the two various linear and harmonic axial concentrated forces in zigzag Single-Walled Carbon Nanotube (SWCNT) are analyzed dynamically. Three various theories containing the classical theory, which is called Eringen's nonlocal elasticity, along with Rayleigh and Bishop theories (higher-order theories) are established to justify the nonlocal behavior of constitutive relations. The governing equation and the related boundary conditions are derived from Hamilton's principle. The assumed modes method is adopted to solve the equation of motion. For the free axial vibration, the natural frequencies are calculated for the various values of the nonlocal parameter only based on Eringen's theory. The effects of the nonlocal parameter, thickness, length, and ratio of the excitation frequency to the natural frequency over time in dimensional and non-dimensional axial displacements are investigated for the first time.
In this present paper, a new two dimensional (2D) and quasi three dimensional (quasi-3D) nonlocal shear deformation theories are formulated for free vibration analysis of size-dependent functionally graded (FG) nanoplates. The developed theories is based on new description of displacement field which includes undetermined integral terms, the issues in using this new proposition are to reduce the number of unknowns and governing equations and exploring the effects of both thickness stretching and size-dependency on free vibration analysis of functionally graded (FG) nanoplates. The nonlocal elasticity theory of Eringen is adopted to study the size effects of FG nanoplates. Governing equations are derived from Hamilton's principle. By using Navier's method, analytical solutions for free vibration analysis are obtained through the results of eigenvalue problem. Several numerical examples are presented and compared with those predicted by other theories, to demonstrate the accuracy and efficiency of developed theories and to investigate the size effects on predicting fundamental frequencies of size-dependent functionally graded (FG) nanoplates.
Free vibration of non-uniform embedded nanoplates based on classical (Kirchhoff's) plate theory in conjunction with nonlocal elasticity theory has been studied. The nanoplate is assumed to be rested on two-parameter Winkler-Pasternak elastic foundation. Non-uniform material properties of nanoplates have been considered by taking linear as well as quadratic variations of Young's modulus and density along the space coordinates. Detailed analysis has been reported for all possible casesof such variations. Trial functions denoting transverse deflection of the plate are expressed in simple algebraic polynomial forms. Application of the present method converts the problem into generalised eigen value problem. The study aims to investigate the effects of non-uniform parameter, elastic foundation, nonlocal parameter, boundary condition, aspect ratio and length of nanoplates on the frequency parameters. Three-dimensional mode shapes for some of the boundary conditions have also been illustrated. One may note that present method is easier to handle any sets of boundary conditions at the edges.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.110-117
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2000
Vibration modes obtained from a modal analysis can be better explained from a screw theoretical standpoint. A vibration mode can be geometrically interpreted as a pure rotation about the vibration center in a plane and as the twisting motion on a screw in a three dimensional space. This paper, presents the method to diagonalize a spatial stiffness matrix by use of a parallel axis congruence transformation. It also describes that the stiffness matrix diagonalized by a congruence transformation, can have the planes of symmetry depending on the location of the center of elasticity. For a plane of symmetry, any vibration mode can be expressed by the axis of vibration. Analytical solutions for the axis of vibration has been derived.
Dulikravich, George S.;Dennis, Brian H.;Baker, Daniel P.;Kennon, Stephen R.;Orlande, Helcio R.B.;Colaco, Marcelo J.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.4
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pp.405-420
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2012
A number of existing and emerging concepts for formulating solution algorithms applicable to multidisciplinary inverse problems involving aerodynamics, heat conduction, elasticity, and material properties of arbitrary three-dimensional objects are briefly surveyed. Certain unique features of these algorithms and their advantages are sketched for use with boundary element and finite element methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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