This work presents a static flexure analysis of laminated composite plates by utilizing a higher order shear deformation theory in which the stretching effect is incorporated. The axial displacement field utilizes sinusoidal function in terms of thickness coordinate to consider the transverse shear deformation influence. The cosine function in thickness coordinate is employed in transverse displacement to introduce the influence of transverse normal strain. The highlight of the present method is that, in addition to incorporating the thickness stretching effect (${\varepsilon}_z{\neq}0$), the displacement field is constructed with only 5 unknowns, as against 6 or more in other higher order shear and normal deformation theory. Governing equations of the present theory are determined by employing the principle of virtual work. The closed-form solutions of simply supported cross-ply and angle-ply laminated composite plates have been obtained using Navier solution. The numerical results of present method are compared with those of the classical plate theory (CPT), first order shear deformation theory (FSDT), higher order shear deformation theory (HSDT) of Reddy, higher order shear and normal deformation theory (HSNDT) and exact three dimensional elasticity theory wherever applicable. The results predicted by present theory are in good agreement with those of higher order shear deformation theory and the elasticity theory. It can be concluded that the proposed method is accurate and simple in solving the static bending response of laminated composite plates.
Propagation of the generalized Rayleigh waves in an initially stressed elastic half-space covered by an elastic layer is investigated. It is assumed that the initial stresses are caused by the uniformly distributed normal compressional forces acting on the face surface of the covering layer. Two different cases where the compressional forces are "dead" and "follower" forces are considered. Three-dimensional linearized theory of elastic waves in initially stressed bodies in plane-strain state is employed and the elasticity relations of the materials of the constituents are described through the Murnaghan potential where the influence of the third order elastic constants is taken into consideration. The dispersion equation is derived and an algorithm is developed for numerical solution to this equation. Numerical results for the dispersion of the generalized Rayleigh waves on the influence of the initial stresses and on the influence of the character of the external compressional forces are presented and discussed. These investigations provide some theoretical foundations for study of the near-surface waves propagating in layered mechanical systems with a liquid upper layer, study of the structure of the soil of the bottom of the oceans or of the seas and study of the behavior of seismic surface waves propagating under the bottom of the oceans.
An equivalent single layer trigonometric shear deformation theory taking into account transverse shear deformation effect as well as transverse normal strain effect is presented for static flexure of cross-ply laminated composite and sandwich plates. The inplane displacement field uses sinusoidal function in terms of thickness coordinate to include the transverse shear deformation effect. The cosine function in thickness coordinate is used in transverse displacement to include the effect of transverse normal strain. The kinematics of the present theory is much richer than those of the other higher order shear deformation theories, because if the trigonometric term (involving thickness coordinate z) is expanded in power series, the kinematics of higher order theories (which are usually obtained by power series in thickness coordinate z) are implicitly taken into account to good deal of extent. Governing equations and boundary conditions of the theory are obtained using the principle of virtual work. The closed-form solutions of simply supported cross-ply laminated composite and sandwich plates have been obtained. The results of present theory are compared with those of the classical plate theory (CPT), first order shear deformation theory (FSDT), higher order shear deformation theory (HSDT) of Reddy and exact three dimensional elasticity theory wherever applicable. The results predicted by present theory are in good agreement with those of higher order shear deformation theory and the elasticity theory.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.200-209
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2011
An analytical solution for rectangular laminated composite plates was obtained via a formal asymptotic method. From threedimensional static equilibrium equations, the microscopic one-dimensional and macroscopic two-dimensional equations were systematically derived by scaling of the thickness coordinate with respect to the characteristic length of the plate. The onedimensional through-the-thickness analysis was performed by applying a standard finite element method. The derived twodimensional plate equations, which take the form of recursive equations, were solved under sinusoidal loading with simplysupported boundary conditions. To demonstrate the validity and accuracy of the present method, various types of composite plates were studied, such as cross-ply, anti-symmetric angle-ply and sandwich plates. The results obtained were compared to those of the classical laminated plate theory, the first-order shear deformation theory and the three-dimensional elasticity. In the present analysis, the characteristic length of each composite was dependent upon the layup configurations, which affected the convergence rate of the method. The results shown herein are promising that it can serve as an efficient tool for the analysis and design of laminated composite plates.
Han, Taek Hee;Na, Tae Soo;Han, Sang Yun;Kang, Young Jong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.3
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pp.123-131
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2007
The buckling behavior of a fiber reinforced plastic pipe was researched. When a cylindrical structure is made of isotropic material, it shows two dimensional buckled shape which has same deformed section along the longitudinal direction. But an anisotropic cylindrical structure shows three dimensional buckled shape which has different deformed section along the longitudinal direction. Because the modulus of elasticity is varied in a certain direction when ply angles are changed, the strength of a pipe are changed as ply angles are changed. In this study, the limitation of two dimensional and three dimensional buckling mode was investigated and the buckling strength of a laminated composite pipe was evaluated.
Functional ultrasound imaging, such as elasticity imaging and micro-blood flow Doppler imaging, enhances diagnostic capability by providing useful mechanical and functional information about tissues. However, the implementation of functional ultrasound imaging poses limitations such as the storage of vast amounts of data in Radio Frequency (RF) data acquisition and processing. In this paper, we propose a sub-Nyquist approach that reduces the amount of acquired axial samples for efficient shear-wave elasticity imaging. The proposed method acquires data at a sampling rate one-third lower than the conventional Nyquist sampling rate and tracks shear-wave signals through RF signals reconstructed using band-pass filtering-based interpolation. In this approach, the RF signal is assumed to have a fractional bandwidth of 67 %. To validate the approach, we reconstruct the shear-wave velocity images using shear-wave tracking data obtained by conventional and proposed approaches, and compare the group velocity, contrast-to-noise ratio, and structural similarity index measurement. We qualitatively and quantitatively demonstrate the potential of sub-Nyquist sampling-based shear-wave elasticity imaging, indicating that our approach could be practically useful in three-dimensional shear-wave elasticity imaging, where a massive amount of ultrasound data is required.
Isavand, S.;Bodaghi, M.;Shakeri, M.;Mohandesi, J. Aghazadeh
Steel and Composite Structures
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v.18
no.1
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pp.1-28
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2015
In this paper, the dynamic response of functionally gradient steel (FGS) composite cylindrical panels in steady-state thermal environments subjected to impulsive loads is investigated for the first time. FGSs composed of graded ferritic and austenitic regions together with bainite and martensite intermediate layers are analyzed. Thermo-mechanical material properties of FGS composites are predicted according to the microhardness profile of FGS composites and approximated with appropriate functions. Based on the three-dimensional theory of thermo-elasticity, the governing equations of motionare derived in spatial and time domains. These equations are solved using the hybrid Fourier series expansion-Galerkin finite element method-Newmark approach for simply supported boundary conditions. The present solution is then applied to the thermo-elastic dynamic analysis of cylindrical panels with three different arrangements of material compositions of FGSs including ${\alpha}{\beta}{\gamma}M{\gamma}$, ${\alpha}{\beta}{\gamma}{\beta}{\alpha}$ and ${\gamma}{\beta}{\alpha}{\beta}{\gamma}$ composites. Benchmark results on the displacement and stress time-histories of FGS cylindrical panels in thermal environments under various pulse loads are presented and discussed in detail. Due to the absence of similar results in the specialized literature, this paper is likely to fill a gap in the state of the art of this problem, and provide pertinent results that are instrumental in the design of FGS structures under time-dependent mechanical loadings.
In this study, the dimensional stability and mechanical properties of bamboo fiber-based composites (BFBCs) were studied at two pressing manufacturing processes, i.e., hot- and cold- pressing, and were compared with three density parameters (1.0, 1.1, and $1.2kg/m^3$). Width swelling ratio (WSR), thickness swelling ratio (TSR), and water absorption ratio (WAR) were calculated for water immersions of 4 and 28 h. WSR, TSR, and WAR for specimens immersed for 28 h were higher than those for 4 h treatment, which shows that the immersion time has a significant influence on the dimensional stabilities of BFBCs. Moreover, the positive linear relations between density and dimensional were observed at both the pressing ways, indicating that the WSR, TSR, and WAR decreased with an increase in the density of BFBCs. The compressive strength, shear strength, modulus of rupture (MOR), and modulus of elasticity (MOE) were determined. The compressive strength, MOR, and MOE of hot-pressed specimens were significantly higher than those for the cold-pressed specimens, which are also directly proportional to density. Moreover, the samples with the highest density of $1.2kg/m^3$ performed high values on mechanical properties in both the manufacturing methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.419-429
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2003
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of thick, hyperboloidal shells of revolution. 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/sub r/, u/sub θ/, u/sub z/ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, we taken to be sinusoidal in time, periodic in θ, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential(strain) and kinetic energies of the hyperboloidal shells 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 four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the hyperboloidal shells of revolution. Numerical results are tabulated for eighteen configurations of completely free hyperboloidal shells of revolution having two different shell thickness ratios, three variant axis ratios, and three types of shell height ratios. Poisson's ratio (ν) is fixed at 0.3. Comparisons we made among the frequencies for these hyperboloidal shells and ones which ate cylindrical or nearly cylindrical( small meridional curvature. ) The method is applicable to thin hyperboloidal shells, as well as thick and very thick ones.
The goal of this study is to fill this apparent gap in the area about vibration analysis of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) curved panels by providing 3-D vibration analysis results for functionally graded multiwalled carbon nanotubes (FG-MWCNTs) sandwich structure with power-law distribution of nanotube. The effective material properties of the FG-MWCNT structures are estimated using a modified Halpin-Tsai equation. Modified Halpin-Tsai equation was used to evaluate the Young's modulus of MWCNT/epoxy composite samples by the incorporation of an orientation as well as an exponential shape factor in the equation. The exponential shape factor modifies the Halpin-Tsai equation from expressing a straight line to a nonlinear one in the MWCNTs wt% range considered. Also, the mass density and Poisson's ratio of the MWCNT/phenolic composite are considered based on the rule of mixtures. Parametric studies are carried out to highlight the influence of MWCNT volume fraction in the thickness, different types of CNT distribution, boundary conditions and geometrical parameters on vibrational behavior of FG-MWCNT thick curved panels. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary conditions including Free, Simply supported and Clamped at the curved edges. For an overall comprehension on 3-D vibration analysis of sandwich panel, some mode shape contour plots are reported in this research work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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