Arefi, Mohammad;Mohammadi, Masoud;Tabatabaeian, Ali;Dimitri, Rossana;Tornabene, Francesco
Steel and Composite Structures
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제27권4호
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pp.525-536
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2018
This paper focuses on the application of the first-order shear deformation theory (FSDT) to thermo-elastic static problems of functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) cylindrical pressure vessels. A symmetric displacement field is considered as unknown function along the longitudinal direction, whereas a linear distribution is assumed along the thickness direction. The cylindrical pressure vessels are subjected to an inner and outer pressure under a temperature increase. Different patterns of reinforcement are applied as distribution of CNTs. The effective material properties of FG-CNTRC cylindrical pressure vessels are measured based on the rule of mixture, whereas the governing equations of the problem are here derived through the principle of virtual works. A large parametric investigation studies the effect of some significant parameters, such as the pattern and volume fraction of CNTs, on the longitudinal distribution of deformation, strain and stress components, as useful tool for practical engineering applications.
The missile is affected by both spinning and axial motion during its movement, which will have a very adverse impact on the stability and reliability of the missile. This paper regards missiles as cylindrical shell structures with spinning and axial motion. In this article, the forced vibration of carbon nanotube-reinforced composites (CNTRCs) cylindrical shells with spinning motion and axial motion is investigated, in which the clamped-clamped and simply-simply supported boundary conditions are considered. The displacement field is described by the first-order shear theory, and the vibration equation is deduced by using the Euler-Lagrange equation, after dimensionless processing, the dimensionless equation of motion is obtained. The correctness of this paper is verified by comparing with the results of the existing literature, in which the simply-simply supported ends are taken into account. In the end, the effects of different parameters such as spinning velocity, axial velocity, carbon nanotube volume fraction, length thickness ratio and load position on the resonance behavior of cylindrical shells are given. It can be found that these parameters can significantly change the resonance of axially moving and rotating moving CNTRCs cylindrical shells.
In this paper, the response of a sandwich cylindrical shell over any sort of boundary conditions and under a general distributed static loading is investigated. The faces and the core are made of some isotropic materials. The faces are modeled as thin cylindrical shells obeying the Kirchhoff-Love assumptions. For the core material it is assumed to be thick and the in-plane stresses are negligible. The governing equations are derived using the principle of the stationary potential energy. Using harmonic differential quadrature method (HDQM) the equations are solved for deformation components. The obtained results primarily are compared against finite element results. Then, the effects of changing different parameters on the stress and displacement components of sandwich cylindrical shells are investigated.
A semi analytical method is employed to analyze free vibration characteristics of uniform and stepped functionally graded circular cylindrical shells under complex boundary conditions. The analytical model is established based on multi-segment partitioning strategy and first-order shear deformation theory. The displacement functions are handled by unified Jacobi polynomials and Fourier series. In order to obtain continuous conditions and satisfy complex boundary conditions, the penalty method about spring technique is adopted. The solutions about free vibration behavior of functionally graded circular cylindrical shells were obtained by approach of Rayleigh-Ritz. To confirm the dependability and validity of present approach, numerical verifications and convergence studies are conducted on functionally graded cylindrical shells under various influencing factors such as boundaries, spring parameters et al. The present method apparently has rapid convergence ability and excellent stability, and the results of the paper are closely agreed with those obtained by FEM and published literatures.
In this paper, an analytical approach for the free vibration analysis of spiral stiffened functionally graded (SSFG) cylindrical shells is investigated. The SSFG shell is resting on linear and non-linear elastic foundation with damping force. The elastic foundation for the linear model is according to Winkler and Pasternak parameters and for the non-linear model, one cubic term is added. The material constitutive of the stiffeners is continuously changed through the thickness. Using the Galerkin method based on the von $K\acute{a}rm\acute{a}n$ equations and the smeared stiffeners technique, the non-linear vibration problem has been solved. The effects of different geometrical and material parameters on the free vibration response of SSFG cylindrical shells are adopted. The results show that the angles of stiffeners and elastic foundation parameters strongly effect on the natural frequencies of the SSFG cylindrical shell.
This paper presents the combination resonances of FG porous (FGP) cylindrical shell under two-term excitation. The effect of structural damping on the system response is also considered. With regard to classical plate theory of shells, von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ equation and Hook law, the relations of stress-strain is derived for shell. According to the Galerkin method, the discretized motion equation is obtained. The combination resonances are obtained by using the method of multiple scales. Four types of FGP distributions consist of uniform porosity, non-symmetric porosity soft, non-symmetric porosity stiff and symmetric porosity distribution are considered. The influence of various porosity distributions, porosity coefficients of cylindrical shell and amplitude excitations on the combination resonances for FGP cylindrical shells is investigated.
This paper investigates the stability of the functionally graded cylindrical small-scale tube regarding the dynamic analysis and based on the modified nonclassical high-order nonlocal strain gradient theory. The nonlocal beam is modeled according to the high-order tube theory utilizing the energy method based on the Hamilton principle, then the nonlocal governing equations and also nonlocal boundary conditions equations are obtained. The tube structure is made of the new class of composite material composed of ceramic and metal phases as the functionally graded structures. The functionally graded (FG) tube structures rotate around the central axis, and the stability of this nanodevice is due to the centrifugal force which is used for the application of nanoelectromechanical systems (NEMS) is studied in detail.
Bidgoli, Mahmood Rabani;Karimi, Mohammad Saeed;Arani, Ali Ghorbanpour
Steel and Composite Structures
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제19권3호
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pp.713-733
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2015
In this paper, viscous fluid induced nonlinear free vibration and instability analysis of a functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) cylindrical shell integrated with two uniformly distributed piezoelectric layers on the top and bottom surfaces of the cylindrical shell are presented. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are selected as reinforcement and effective material properties of FG-CNTRC cylindrical shell are assumed to be graded through the thickness direction and are estimated through the rule of mixture. The elastic foundation is modeled by temperature-dependent orthotropic Pasternak medium. Considering coupling of mechanical and electrical fields, Mindlin shell theory and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Nonlinear frequency and critical fluid velocity of sandwich structure are calculated based on differential quadrature method (DQM). The effects of different parameters such as distribution type of SWCNTs, volume fractions of SWCNTs, elastic medium and temperature gradient are discussed on the vibration and instability behavior of the sandwich structure. Results indicate that considering elastic foundation increases frequency and critical fluid velocity of system.
In the present study, an Element-Based Lagrangian Formulation for the nonlinear analysis of shell structures is presented. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultant-stress shell element is presented for the anisotropic composite material. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Numerical examples for laminated composite curved shells presented herein clearly show the validity of the present approach and the accuracy of the developed shell element.
A review of previous studies shows that although there is a considerable difference between buckling loads of structures under follower and non-follower lateral loads, only the buckling load of FGM elliptical cylindrical shell under non-follower lateral load was investigated in the literature. This study is the first to obtain the buckling load of elliptical FGM cylindrical shells under follower lateral load and also make a comparison between buckling loads of elliptical FGM cylindrical shells under follower and non-follower lateral loads. Moreover, this research is the first one to derive the load potential function of elliptical cylindrical shell. In this regard, the FGM cylindrical elliptical shell was modeled using the semi-analytical finite strip method and based on the First Shear Deformation Theory (FSDT). The shell is discretized by strip elements aligned in the longitudinal direction. The Lagrangian and harmonic shape functions were considered in the circumference and longitudinal directions, respectively. The buckling pressure of the shell under follower and non-follower lateral loads was obtained from eigenvalue problem. The results obtained from the model were compared with those presented in the literature to evaluate the validity of the model. A comparison index was defined to compare the buckling loads of the shell under follower and non-follower lateral load. A parametric study was carried out to investigate the effects of material properties and shell geometry characteristics on the comparison index. For the elliptical cylindrical shells with length-to-radius ratio greater than 16 and major-to-minor axis ratio greater than 0.6, the comparison index reaches to more than 20 percent which is significant. Moreover, the maximum difference is about 30 percent in some cases. The results obtained from the parametric study indicate that the buckling load of long elliptical cylindrical shell under non-follower load is not reliable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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