Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.8
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pp.1875-1882
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1993
Variable thickness plates are commonly used as structural members in the majority of industrial sectors. Previous fracture mechanics researches on variable thickness plates were limited to mode I loading cases. In practice, however, cracks are usually located inclined to the loading direction. In this respect, combined mode(mode I/II) stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ at the crack tip for a variable thickness plate were obtained by 3-dimensional finite element analysis. Variable thickness plates containing a slant edge crack were chosen. The parameters used in this study were dimensionless crack $length{\lambda}$, slant $angle{\alpha}$, thickness $ratio{\beta}$ and width ratio{\omega}$. Stress intensity factors were calculated by crack opening displacement(COD) and crack sliding displacement(CSD)method proposed by Ingraffea and Manu.
Bouguenina, Otbi;Belakhdar, Khalil;Tounsi, Abdelouahed;Adda Bedia, El Abbes
Steel and Composite Structures
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v.19
no.3
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pp.679-695
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2015
A numerical solution using finite difference method to evaluate the thermal buckling of simply supported FGM plate with variable thickness is presented in this research. First, the governing differential equation of thermal stability under uniform temperature through the plate thickness is derived. Then, the governing equation has been solved using finite difference method. After validating the presented numerical method with the analytical solution, the finite difference formulation has been extended in order to include variable thickness. The accuracy of the finite difference method for variable thickness plate has been also compared with the literature where a good agreement has been found. Furthermore, a parametric study has been conducted to analyze the effect of material and geometric parameters on the thermal buckling resistance of the FGM plates. It was found that the thickness variation affects isotropic plates a bit more than FGM plates.
Kaci, Abdelhakim;Belakhdar, Khalil;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbes Adda
Steel and Composite Structures
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v.16
no.4
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pp.339-356
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2014
This paper presents a study of the nonlinear cylindrical bending of an exponential functionally graded plate (simply called E-FG) with variable thickness. The plate is subjected to uniform pressure loading and his geometric nonlinearity is introduced in the strain-displacement equations based on Von-Karman assumptions. The material properties of functionally graded plates, except the Poisson's ratio, are assumed to vary continuously through the thickness of the plate in accordance with the exponential law distribution; and the solution is obtained using Hamilton's principle for constant plate thickness. In order to analyze functionally graded plate with variable thickness, a numerical solution using finite difference method is used, where parabolic variation of the plate thickness is studied. The results for E-FG plates are given in dimensionless graphical forms; and the effects of material and geometric properties on displacements and normal stresses through the thickness are determined.
Variable thickness plates are commonly encountered in the majority of mechanical/structural components of industrial applications. And, as a result of the unsymmetry of the structure or the load and the anisoptropy of the materials, the cracks in engineering structures are generally subjected to combined stresses. In spite of considerable practical interest, however, a few fracture mechanics study on combined mode crack in a variable thickness plate have carried out. In this respect, combined mode I/III stress intensity factors $K_I$ and $K_III$ at the crack tip for a variable thickness plate were obtained by 3-dimensional finite element analysis. Variable thickness plates containing a central slant crack were chosen. The parameters used in this study were dimensionless crack length $\lamda$, crack slant angle $\alpha$, thickness ratio $\beta$ and width ratio $\omega$. Stress intensity factors were calculated by crack opening displacement(COD) and crack tearing displacement(CTD) method.
This paper addresses the finite strip formulations for the stability analysis of viscoelastic composite plates with variable thickness in the transverse direction, which are subjected to in-plane forces. While the finite strip method is fairly well-known in the buckling analysis, hitherto its direct application to the buckling of viscoelastic composite plates with variable thickness has not been investigated. The equations governing the stiffness and the geometry matrices of the composite plate are solved in the time domain using both the higher-order shear deformation theory and the method of effective moduli. These matrices are then assembled so that the global stiffness and geometry matrices of a moderately thick rectangular plate are formed which lead to an eigenvalue problem that is solved to determine the magnitude of critical buckling load for the viscoelastic plate. The accuracy of the proposed model is verified against the results which have been reported elsewhere whilst a comprehensive parametric study is presented to show the effects of viscoelasticity parameters, boundary conditions as well as combined bending and compression loads on the critical buckling load of thin and moderately thick viscoelastic composite plates.
The purpose of a fatigue crack arrest desing is to prvent a fatigue fracture of machine and structure resulted from unstable crack growth. In all cases of load transfer to second elements such as stringers, doublers or flangers, crack arrest is possible; arrest occuring when the fatigue crack reaches the second element. In the present work, the possibility of crack arrest and the design criterion of fatigue crack arrest in the variable thickness plates are examined numericaiiy by using fatigue crack arrest thresthod $\Delta$K$_{th}$of SA-508 reactor vessel steel and stress intensity factor which was obtained in the previous work as a result of 3-dimensional finite element analysis for CT type variable thickness plates having discontinuous interface.e.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.2
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pp.112-120
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1993
Variable thickness plates are commonly encountered in the majority of mechanical/structural components of industrial applications. And, as a result of the unsymmetry of the structure or the load and the anisoptropy of the materials, the cracks in engineering structures are generally subjected to combined stresses. In spite of considerable practical interest, however, a few fracture mechanics study on combined mode crack in a variable thickness plate have carried out. In this respect, combined mode 1/3 stress intensity factors $K_{1}$ and $K_{3}$ at the crack tip for a variable thickness plate were obtained by 3-dimensional finite element analysis. Variable thickness plates containing a central slant crack were chosen. the parameters used in this study were dimensionless crack length .lambda. crack slant angle .alpha, thickness ratio .betha. and width ratio .omega. Stress intensity factors were calculated by crack opening displacement(COD) and crack tearing displacement(CTD) method proposed by Ingraffea and Manu. The effect of thickness ratio .betha. on $K_{1}$ is relatively great in comparison to $K_{3}$.
Banh, Thanh T.;Nguyen, Xuan Q.;Herrmann, Michael;Filippou, Filip C.;Lee, Dongkyu
Steel and Composite Structures
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v.35
no.1
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pp.129-145
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2020
In typical, structural topology optimization plays a significant role to both increase stiffness and save mass of structures in the resulting design. This study contributes to a new numerical approach of topologically optimal design of Mindlin-Reissner plates considering Winkler foundation and mathematical formulations of multi-directional variable thickness of the plate by using multi-materials. While achieving optimal multi-material topologies of the plate with multi-directional variable thickness, the weight information of structures in terms of effective utilization of the material at the appropriate thickness location may be provided for engineers and designers of structures. Besides, numerical techniques of the well-established mixed interpolation of tensorial components 4 element (MITC4) is utilized to overcome a well-known shear locking problem occurring to thin plate models. The well-founded mathematical formulation of topology optimization problem with variable thickness Mindlin-Reissner plate structures by using multiple materials is derived in detail as one of main achievements of this article. Numerical examples verify that variable thickness Mindlin-Reissner plates on Winkler foundation have a significant effect on topologically optimal multi-material design results.
This paper presents a simple n-order four variable refined theory for buckling analysis of functionally graded plates. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations of the present theory is reduced, and hence, makes it simple to use. The present theory is variationally consistent, uses the n-order polynomial term to represent the displacement field, does not require shear correction factor, and eliminates the shear stresses at the top and bottom surfaces. A power law distribution is used to describe the variation of volume fraction of material compositions. Equilibrium and stability equations are derived based on the present n-order refined theory. The non-linear governing equations are solved for plates subjected to simply supported boundary conditions. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. The effects of aspect and thickness ratios, gradient index, on the critical buckling are all discussed.
The aim of this work is to establish the coefficient that defines the critical buckling load for isotropic annular plates of variable thickness whose outer boundary is simply supported and subjected to uniform pressure. It is assumed that the plate thickness varies in a continuous way, according to an exponential law. The eigenvalues are determined using an optimized Rayleigh-Ritz method with polynomial coordinate functions which identically satisfy the boundary conditions at the outer edge. Good engineering agreement is shown to exist between the obtained results and buckling parameters presented in the technical literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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