The super convergent laminated composite beam element is newly derived for the lateral stability analysis. For this, a theoretical model of the laminated composite beams is developed based on the first-order shear deformation beam theory. The present laminated beam takes into account the transverse shear and the restrained warping induced shear deformation. The second-order coupling torque resulting from the geometric nonlinearity is rigorously derived. From the principle of minimum total potential energy, the stability equations and force-displacement relationships are derived and the explicit expressions for the displacement parameters are presented by applying the power series expansions of displacement components to simultaneous ordinary differential equations. Finally, the member stiffness matrix is determined using the force-displacement relationships. In order to show accuracy and superiority of the beam element developed by this study, the critical lateral buckling moments for bisymmetric and monosymmetric I-beams are presented and compared with other results available in the literature, the isoparametric beam elements, and shell elements from ABAQUS.
Sallai, Benoumrane;Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Adda Bedia, E.A.
Steel and Composite Structures
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제19권4호
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pp.829-841
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2015
In this paper, a refined exponential shear deformation beam theory is developed for bending analysis of functionally graded beams. The theory account for parabolic variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Contrary to the others refined theories elaborated, where the stretching effect is neglected, in the current investigation this so-called "stretching effect" is taken into consideration. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present shear deformation beam theory, the equilibrium equations are derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions for static are obtained. Numerical examples are presented to verify the accuracy of the present theory.
In this paper, a higher order shear deformation beam theory is developed for static and free vibration analysis of functionally graded beams. The theory account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The material properties of the functionally graded beam are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Based on the present higher-order shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain frequencies. Different higher order shear deformation theories and classical beam theories were used in the analysis. A static and free vibration frequency is given for different material properties. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
An iterative modal analysis approach is developed to determine the effect of transverse open cracks on the dynamic behavior of simply supported Euler-Bernoulli beam with the moving mass. The influences of the depth and the position of the crack in the beam have been studied on the dynamic behavior of the simply supported beam system by numerical method. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modelled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. As the depth of the crack is increased the frequency of the simply supported beam with the moving mass is increased.
In this work, various higher-order shear deformation beam theories for wave propagation in functionally graded beams are developed. The material properties of FG beam are assumed graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents, the governing equations of the wave propagation in the FG beam are derived by using the Hamilton's principle. The analytic dispersion relations of the FG beam are obtained by solving an eigenvalue problem. The effects of the volume fraction distributions on wave propagation of functionally graded beam are discussed in detail. The results carried out can be used in the ultrasonic inspection techniques and structural health monitoring.
This research aims to estimate the shear strength of the composition of prestressed hollow-core slab and steel beam. The shear strength of prestressed hollow-core slab combined with the steel beam decreases, as the beam deflection increases to a considerable extent. Existing studies on the shear strength of prestressed hollow-core slab are mostly limited to 265mrn- and larger thickness slab on concrete beam. This study investigates the slab of 100mm-thickness combined with steel beam instead of concrete beam. Five shear connector methods are proposed and the shear strength is estimated with or without the beam deflection for each composition method, respectively. Finally the reduction coefficient $(\beta)$ for the transverse shear stress$(\tau_{zx})$, which is critical for the failure of prestressed hollow-core slab, is proposed.
ACI 318-99 predicts the torsional moment of reinforced concrete members by assuming that the angle of diagonal compressive concrete is equal to 45 degree. However, this angle depends on the difference of longitudinal and transverse steel ratios. This paper compares the torsional moments calculated by ACI 318-99 code and a truss model considering compatibility of strains. The comparison indicated that the torsion equation in ACI code underestimated the real torsional moment of reinforced concrete beam in which the ratio of longitudinal reinforcement was larger than that of transverse reinforcement.
The vibration behavior of glass-fabric reinforced plastic(GFRP) composite beams subjected to various transverse impacts has been investigated as a function of fiber orientation and void fraction. Theoretical results of resonant frequency damping coefficient and modal amplitude dispersion using the Euler-beam theory were obtained along with the finite element analysis which were compared with experimental ones Consequently it was shown that the transverse vibration characteristics were largely affected by fiber orientation and void fraction.
The article presents a theoretical-experimental approach developed for modeling the coefficient of sliding friction in the dynamic system tool-workpiece in slide diamond burnishing of low-alloy unhardened steels. The experimental setup, implemented on conventional lathe, includes a specially designed device, with a straight cantilever beam as body. The beam is simultaneously loaded by bending (from transverse slide friction force) and compression (from longitudinal burnishing force), which is a reason for geometrical nonlinearity. A method, based on the idea of separation of the variables (time and metric) before establishing the differential equation of motion, has been applied for dynamic modeling of the beam elastic curve. Between the longitudinal (burnishing force) and transverse (slide friction force) forces exists a correlation defined by Coulomb's law of sliding friction. On this basis, an analytical relationship between the beam deflection and the sought friction coefficient has been obtained. In order to measure the deflection of the beam, strain gauges connected in a "full bridge" type of circuit are used. A flexible adhesive is selected, which provides an opportunity for dynamic measurements through the constructed measuring system. The signal is proportional to the beam deflection and is fed to the analog input of USB DAQ board, from where the signal enters in a purposely created virtual instrument which is developed by means of Labview. The basic characteristic of the virtual instrument is the ability to record and visualize in a real time the measured deflection. The signal sampling frequency is chosen in accordance with Nyquist-Shannon sampling theorem. In order to obtain a regression model of the friction coefficient with the participation of the diamond burnishing process parameters, an experimental design with 55 experimental points is synthesized. A regression analysis and analysis of variance have been carried out. The influence of the factors on the friction coefficient is established using sections of the hyper-surface of the friction coefficient model with the hyper-planes.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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