Bourada, Mohamed;Kaci, Abdelhakim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.18
no.2
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pp.409-423
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2015
In the present work, a simple and refined trigonometric higher-order beam theory is developed for bending and vibration of functionally graded beams. The beauty of this theory is that, in addition to modeling the displacement field with only 3 unknowns as in Timoshenko beam theory, the thickness stretching effect (${\varepsilon}_Z{\neq}0$) is also included in the present theory. Thus, the present refined beam theory has fewer number of unknowns and equations of motion than the other shear and normal deformations theories, and it considers also the transverse shear deformation effects without requiring shear correction factors. The neutral surface position for such beams in which the material properties vary in the thickness direction is determined. Based on the present refined trigonometric higher-order beam theory and the neutral surface concept, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Numerical results of the present theory are compared with other theories to show the effect of the inclusion of transverse normal strain on the deflections and stresses.
The current paper discusses the dynamic and stability responses of cross-ply composite laminated plates by employing a refined quasi-3D trigonometric shear deformation theory. The proposed theory takes into consideration shear deformation and thickness stretching by a trigonometric variation of in-plane and transverse displacements through the plate thickness and assures the vanished shear stresses conditions on the upper and lower surfaces of the plate. The strong point of the new formulation is that the displacements field contains only 4 unknowns, which is less than the other shear deformation theories. In addition, the present model considers the thickness extension effects (εz≠0). The presence of the Winkler-Pasternak elastic base is included in the mathematical formulation. The Hamilton's principle is utilized in order to derive the four differentials' equations of motion, which are solved via Navier's technique of simply supported structures. The accuracy of the present 3-D theory is demonstrated by comparing fundamental frequencies and critical buckling loads numerical results with those provided using other models available in the open literature.
Sadoun, Mohamed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bakora, Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.2
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pp.141-150
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2018
In this current work a quasi 3D "trigonometric shear deformation theory" is proposed and discussed for the dynamic of thick orthotropic plates. Contrary to the classical "higher order shear deformation theories" (HSDT) and the "first shear deformation theory" (FSDT), the constructed theory utilizes a new displacement field which includes "undetermined integral terms" and presents only three "variables". In this model the axial displacement utilizes sinusoidal mathematical function in terms of z coordinate to introduce the shear strain impact. The cosine mathematical function in terms of z coordinate is employed in vertical displacement to introduce the impact of transverse "normal deformation". The motion equations of the model are found via the concept of virtual work. Numerical results found for frequency of "flexural mode", mode of shear and mode of thickness stretch impact of dynamic of simply supported "orthotropic" structures are compared and verified with those of other HSDTs and method of elasticity wherever considered.
Arefi, Mohammad;Pourjamshidian, Mahmoud;Arani, Ali Ghorbanpour
Steel and Composite Structures
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v.32
no.2
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pp.157-171
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2019
In this research, the dynamic instability region (DIR) of the sandwich nano-beams are investigated based on nonlocal strain gradient elasticity theory (NSGET) and various higher order shear deformation beam theories (HSDBTs). The sandwich piezoelectric nano-beam is including a homogenous core and face-sheets reinforced with functionally graded (FG) carbon nanotubes (CNTs). In present study, three patterns of CNTs are employed in order to reinforce the top and bottom face-sheets of the beam. In addition, different higher-order shear deformation beam theories such as trigonometric shear deformation beam theory (TSDBT), exponential shear deformation beam theory (ESDBT), hyperbolic shear deformation beam theory (HSDBT), and Aydogdu shear deformation beam theory (ASDBT) are considered to extract the governing equations for different boundary conditions. The beam is subjected to thermal and electrical loads while is resting on Visco-Pasternak foundation. Hamilton principle is used to derive the governing equations of motion based on various shear deformation theories. In order to analysis of the dynamic instability behaviors, the linear governing equations of motion are solved using differential quadrature method (DQM). After verification with validated reference, comprehensive numerical results are presented to investigate the influence of important parameters such as various shear deformation theories, nonlocal parameter, strain gradient parameter, the volume fraction of the CNTs, various distributions of the CNTs, different boundary conditions, dimensionless geometric parameters, Visco-Pasternak foundation parameters, applied voltage and temperature change on the dynamic instability characteristics of sandwich piezoelectric nano-beam.
Microtubules (MTs) are the main part of the cytoskeleton in living eukaryotic cells. In this article, a mechanical model of MT buckling, considering the modified strain gradient theory, is analytically examined. The MT is assumed as a cylindrical beam and a new single variable trigonometric beam theory is developed in conjunction with a modified strain gradient model. The main benefit of the present formulation is shown in its new kinematic where we found only one unknown as the Euler-Bernoulli beam model, which is even less than the Timoshenko beam model. The governing equations are deduced by considering virtual work principle. The effectiveness of the present method is checked by comparing the obtained results with those reported by other higher shear deformation beam theory involving a higher number of unknowns. It is shown that microstructure-dependent response is more important when material length scale parameters are closer to the outer diameter of MTs. Also, it can be confirmed that influences of shear deformation become more considerable for smaller shear modulus and aspect ratios.
In this research, bending and buckling analyses of porous functionally graded (FG) plate under mechanical load are presented. The properties of the FG plate vary gradually across the thickness according to power-law and exponential functions. The material imperfection is considered to vary depending to a logarithmic function. The plate is modeled by a refined trigonometric shear deformation theory where the use of the shear correction factor is unnecessary. The governing equations of the FG plate are derived via virtual work principle and resolved via Navier solutions. The accuracy of the present model is checked by comparing the obtained results with those found in the literature. The various effects influencing the stresses, displacements and critical buckling loads of the plate are also examined and discussed in detail.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.3
no.1
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pp.10-16
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2016
A trigonometric Layerwise higher order shear deformation theory (TLHSDT) is developed and implemented for free vibration and buckling analysis of laminated composite and sandwich plates by analytical and finite element formulation. The present model assumes parabolic variation of out-plane stresses through the depth of the plate and also accomplish the zero transverse shear stresses over the surface of the plate. Thus a need of shear correction factor is obviated. The present zigzag model able to meet the transverse shear stress continuity and zigzag form of in-plane displacement continuity at the plate interfaces. Hence, botheration of shear correction coefficient is neglected. In the case of analytical method, the governing differential equation and boundary conditions are obtained from the principle of virtual work. For the finite element formulation, an efficient eight noded $C^0$ continuous isoparametric serendipity element is established and employed to examine the dynamic analysis. Like FSDT, the considered mathematical model possesses similar number of variables and which decides the present models computationally more effective. Several numerical predictions are carried out and results are compared with those of other existing numerical approaches.
Tounsi, Abdelouahed;Al-Dulaijan, S.U.;Al-Osta, Mohammed A.;Chikh, Abdelbaki;Al-Zahrani, M.M.;Sharif, Alfarabi;Tounsi, Abdeldjebbar
Steel and Composite Structures
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v.34
no.4
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pp.511-524
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2020
In this research, a simple four-variable trigonometric integral shear deformation model is proposed for the static behavior of advanced functionally graded (AFG) ceramic-metal plates supported by a two-parameter elastic foundation and subjected to a nonlinear hygro-thermo-mechanical load. The elastic properties, including both the thermal expansion and moisture coefficients of the plate, are also supposed to be varied within thickness direction by following a power law distribution in terms of volume fractions of the components of the material. The interest of the current theory is seen in its kinematics that use only four independent unknowns, while first-order plate theory and other higher-order plate theories require at least five unknowns. The "in-plane displacement field" of the proposed theory utilizes cosine functions in terms of thickness coordinates to calculate out-of-plane shear deformations. The vertical displacement includes flexural and shear components. The elastic foundation is introduced in mathematical modeling as a two-parameter Winkler-Pasternak foundation. The virtual displacement principle is applied to obtain the basic equations and a Navier solution technique is used to determine an analytical solution. The numerical results predicted by the proposed formulation are compared with results already published in the literature to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed theory. The influences of "moisture concentration", temperature, stiffness of foundation, shear deformation, geometric ratios and volume fraction variation on the mechanical behavior of AFG plates are examined and discussed in detail.
In this paper, a new quasi-3D sinusoidal shear deformation theory for functionally graded (FG) plates is proposed. The theory considers both shear deformation and thickness-stretching influences by a trigonometric distribution of all displacements within the thickness, and respects the stress-free boundary conditions on the upper and lower faces of the plate without employing any shear correction coefficient. The advantage of the proposed model is that it posses a smaller number of variables and governing equations than the existing quasi-3D models, but its results compare well with those of 3D and quasi-3D theories. This benefit is due to the use of undetermined integral unknowns in the displacement field of the present theory. By employing the Hamilton principle, equations of motion are obtained in the present formulation. Closed-form solutions for bending and free vibration problems are determined for simply supported plates. Numerical examples are proposed to check the accuracy of the developed theory.
The present study deals with two dimensional electro-elastic analysis of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder under internal pressure. Energy method and first order shear deformation theory (FSDT) are employed for this purpose. All mechanical and electrical properties except Poisson ratio are considered as a power function along the radial direction. The cylinder is subjected to uniform internal pressure. By supposing two dimensional displacement and electric potential fields along the radial and axial direction, the governing differential equations can be derived in terms of unknown electrical and mechanical functions. Homogeneous solution can be obtained by imposing the appropriate mechanical and electrical boundary conditions. This proposed solution has capability to solve the cylinder structure with arbitrary boundary conditions. The previous solutions have been proposed for the problem with simple boundary conditions (simply supported cylinder) by using the routine functions such as trigonometric functions. The axial distribution of the axial displacement, radial displacement and electric potential of the cylinder can be presented as the important results of this paper for various non homogeneous indexes. This paper evaluates the effect of a local support on the distribution of mechanical and electrical components. This investigation indicates that a support has important influence on the distribution of mechanical and electrical components rather than a cylinder with ignoring the effect of the supports. Obtained results using present method at regions that are adequate far from two ends of the cylinder can be compared with previous results (plane elasticity and one dimensional first order shear deformation theories).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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