Together with the Young's modulus the Poisson's ratio is another independent material parameter that governs the behavior of a structural system. Therefore, it is meaningful to evaluate separately the influence of the parameter on the random response of the structural system. To this end, a formulation dealing with the spatial randomness in the Poisson's ratio in laminated composite plates is proposed. The main idea of the paper is to transform the fraction form of the constitutive coefficients into the expanded form in an ascending order of the stochastic field function. To validate the adequacy of the formulation, a square plate is chosen and the computation results are compared with those obtained using conventional Monte Carlo simulation. It is observed that the results show good agreement with those by the Monte Carlo simulation(MCS).
Bouazza, Mokhtar;Antar, Kamel;Amara, Khaled;Benyoucef, Samir;Bedia, El Abbes Adda
Geomechanics and Engineering
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제18권5호
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pp.555-566
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2019
The purpose of this paper is to investigate the thermal effects on the behaviour reinforced-concrete beams strengthened by bonded angle-ply laminated composites laminates plate $[{\pm}{\theta}n/90m]_S$. Effects of number of $90^{\circ}$ layers and number of ${\pm}{\theta}$ layers on the distributions of interfacial stress in concrete beams reinforced with composite plates have also been studied. The present results represent a simple theoretical model to estimate shear and normal stresses. The effects the temperature, mechanical properties of the fibre orientation angle of the outer layers, the number of cross-ply layers, plate length of the strengthened beam region and adhesive layer thickness on the interfacial shear and normal stresses are investigated and discussed.
This paper deals with reliability analysis of specially orthotropic plates subjected to transverse lateral pressure loads by using Monte Carlo simulation method. The plates are simply supported around their all edges and have a low short span to plate depth ratio with rectangular plate shapes. Various levels of reliability analyses of the plates are performed within the context of First-Ply-Failure(FPF) analysis such as ply-/laminate-level reliability analyse, failure tree analysis and sensitivity analysis of basic design variables to estimated plate reliabilities. In performing all these levels of reliability analyses, the followings are considered within the Monte Carlo simulation method: (1) input parameters to the strengths of the plates such as applied transverse lateral pressure loads, elastic moduli, geometric including plate thickness and ultimate strength values of the plates are treated as basic design variables following a normal probability distribution; (2) the mechanical responses of the plates are calculated by using simplified higher-order shear deformation theory which can predict the mechanical responses of thick laminated plates accurately; and (3) the limit state equations are derived from polynomial failure criteria for composite materials such as maximum stress, maximum strain, Tsai-Hill, Tsai-Wu and Hoffman.
The dynamic analysis of poles made of advanced composite materials is carried out for different length-thickness ratios and layup sequences. The numerical results using ABAQUS obtained for plates and shells are in good agreement with those reported by other investigators. The new results for laminated composite pole structures in this study mainly show the effect of the interactions between the radius-length ratio and other various parameters. The effect of fiber angles of long composite poles also investigated. Key observation points are discussed and a brief design guideline is given.
1차전단변형 판이론에 의한 비등방성 복합적층판의 임계좌굴하중 및 좌굴모드는 기존의 해석적인 방법으로는 다양한 조건에 대하여 해를 제공할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 근사해법인 수치해석을 이용하게 되는데, 이러한 수치해석기법으로 기존 상용프로그램에서는 유한요소법이 널리 사용되었다. 그러나 least upper bound 특성을 가지고 있는 유한요소법을 이용한 적층판의 좌굴해는 구조적인 안정성을 보장하지 못하는 경우도 있다. 따라서 본 논문에서는 유한차분법에 의한 좌굴해석을 수행하여 유한요소법과 상호 비교함으로서 각 경우에 관한 두 가지 수치해석기법의 장단점을 규명하고 효과적으로 적용할 수 있는 기법을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 수치해석 결과, 유한차분법에 의한 좌굴하중 및 좌굴모드는 신소재를 사용하는 적층 구조물의 실용화에 앞서 다양한 기준을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. The porous graphene foam possessing 3D scaffold structures has been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the plate thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. The plate's normalized natural frequency decreased and the straight carbon nanotube (w=0) reached the highest frequency by increasing the values of the waviness index (w).
Rajasekaran, S.;Nalinaa, K.;Greeshma, S.;Poornima, N.S.;Kumar, V. Vinoop
Structural Engineering and Mechanics
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제16권5호
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pp.557-580
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2003
Laminated composite structures find wide range of applications in many branches of technology. They are much suited for weight sensitive structures (like aircraft) where thinner and lighter members made of advanced fiber reinforced composite materials are used. The orientations of fiber direction in layers and number of layers and the thickness of the layers as well as material of composites play a major role in determining the strength and stiffness. Thus the basic design problem is to determine the optimum stacking sequence in terms of laminate thickness, material and fiber orientation. In this paper, a new optimization technique called Cellular Automata (CA) has been combined with Genetic Algorithm (GA) to develop a different search and optimization algorithm, known as Cellular Genetic Algorithm (CGA), which considers the laminate thickness, angle of fiber orientation and the fiber material as discrete variables. This CGA has been successfully applied to obtain the optimal fiber orientation, thickness and material lay-up for multi-layered composite hybrid beams plates and shells subjected to static buckling and dynamic constraints.
Structural model of laminated composite plates based on the first order shear deformable plate theory and subjected to a combination of magnetic and thermal fields is developed. Coupled equations of motion are derived via Hamilton's principle on the basis of electromagnetic equations (Faraday, Ampere, Ohm, and Lorentz equations) and thermal ones which are involved in constitutive equations. In order to reveal the implications of a number of geometrical and physical features of the model, free vibration of a composite plate immersed in a transversal magnetic field and subjected to a temperature gradient is considered. Special coupling effects between the magnetic-thermal-elastic fields are revealed in this paper.
Considering the randomness of material parameters in the laminated composite plate, a scheme of stochastic finite element method to analyze the displacement response variability is suggested. In the formulation we adopted the concept of the weighted integral where the random variable is defined as integration of stochastic field function multiplied by a deterministic function over a finite element. In general the elastic modulus of composite materials has distinct value along an individual axis. Accordingly, we need to assume 5 material parameters as random. The correlations between these random parameters are modeled by means of correlation functions, and the degree of correlation is defined in terms of correlation coefficients. For the verification of the proposed scheme, we employ an independent analysis of Monte Carlo simulation with which statistical results can be obtained. Comparison is made between the proposed scheme and Monte Carlo simulation.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.340-346
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1998
In order to improve the prediction of dynamic behavior in structures, several lower vibration modes from FFT analysis through experiments are used to update the mechanical properties followed by the updated frequencies from numerical analysis. Performance index consists of the sum of error norms between the chosen frequencies and corresponding frequencies from numerical analysis. As an updating process of the natural frequencies, the optimization algorithm based on conjugate gradient method is adopted. The gradient of performance index is calculated using the sensitivity of selected eigenvalues with respect to each design parameter. The mechanical properties of lamina, E$\_$l/, E$\_$2/, .nu.$\_$12/ and G$\_$12/, are design parameters for the updating process. The proposed method is applied to predict the dynamic behavior of composite laminated plates of [0]$\_$8T/ and [.+-.45]$\_$2S/ separately or interchangeably. Also, the mixed case for [0]$\_$8T/ and [.+-.45]$\_$2S/ is exarm'ned to check the possibility for the improved prediction generally. The good agreement is obtained between the measured frequencies and the numerical ones. Based on the results for all the cases studied, the proposed approach has a clear potential in characterizing the mechanical properties of composite lamina.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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