In the present study, according to the important of porosity in low specific weight in comparison of high stiffness of carbon nanotubes reinforced composite, buckling and free vibration analysis of sandwich composite beam in two configurations, of laminates using differential quadrature method (DQM) is studied. Also, the effects of porosity coefficient and three types of porosity distribution on critical buckling load and natural frequency are discussed. It is shown the buckling loads and natural frequencies of laminate 1 are significantly larger than the results of laminate 2. When configuration 2 (the core is made of FRC) and laminate 1 ([0/90/0/45/90]s) are used, the first natural frequency rises noticeably. It is also demonstrated that the influence of the core height in the case of lower carbon volume fractions is negligible. Even though, when volume fraction of fiber increases, the critical buckling load enhances smoothly. It should be noticed the amount of decline has inverse relationship with the beam aspect ratio. Investigating three porosity patterns, beam with the distribution of porosity Type 2 has the maximum critical buckling load and first natural frequency. Among three elastic foundations (constant, linear and parabolic), buckling load and natural frequency in linear variation has the least amount. For all kind of elastic foundations, when the porosity coefficient increases, critical buckling load and natural frequency decline significantly.
The paper presents free vibration and stability analyses of a non-uniform Timoshenko beam resting on a two-parameter elastic soil. The soil parameters can vary along the spat and is assumed to be two-parameter model including the effects of both transverse shear deformation and elastic foundation Governing equations related to the vibration and the stability of the beam are derived from Hamilton's principle, and the resulting eigen-value problems can be solved to give natural frequencies and critical force by finite element method. Numerical results for both vibration and stability of beams under an axial force are presented and compared with other available solutions. Finally, vibration frequencies, mode shapes and critical forces are investigated for various thickness ratios, shear foundation parameter, Winkler foundation parameter and boundary conditions of tapered Timoshenko beams.
This paper presents an analytical study of wave propagation in simply supported graduated functional plates resting on a two-parameter elastic foundation (Pasternak model) using a new theory of high order shear strain. Unlike other higher order theories, the number of unknowns and governing equations of the present theory is only four unknown displacement functions, which is even lower than the theory of first order shear deformation (FSDT). Unlike other elements, the present work includes a new field of motion, which introduces indeterminate integral variables. The properties of the materials are assumed to be ordered in the thickness direction according to the two power law distributions in terms of volume fractions of the constituents. The wave propagation equations in FG plates are derived using the principle of virtual displacements. The analytical dispersion relation of the FG plate is obtained by solving an eigenvalue problem. Numerical examples selected from the literature are illustrated. A good agreement is obtained between the numerical results of the current theory and those of reference. A parametric study is presented to examine the effect of material gradation, thickness ratio and elastic foundation on the free vibration and phase velocity of the FG plate.
An elasto-dynamic model for pile-soil-pile interaction together with a simple plate model is used in this study to assess the effect of flexible foundation slabs on the dynamic response of pile groups. To this end, different pile configurations with various slab thicknessesare considered in two soil media with low and high elastic moduli. The analyses include dynamic impedances and seismic responses of pile-group foundations. The presented results indicate that the stiffness and damping of pile foundations increase with thickness of the foundation slab; however, the results approach those for rigid slab as the slab thickness approaches twice the pile diameter for the cases considered in this study. The results also reveal that pile foundations with flexible slabs may amplify the earthquake motions by as much as 10 percent in the low to intermediate frequency ranges.
Soils are subjected to additional stresses due to the loads transferred by the foundations of the buildings. The distribution of stress in soil has great importance in geotechnical engineering projects such as stress, settlement and liquefaction analyses. The purpose of this study is to examine the shear stresses on horizontal plane below the rectangular foundations subjected to biaxial bending on an elastic soil. In this study, closed-form analytical solutions for shear stresses in x and y directions were obtained from Boussinesq's stress equations. The expressions of analytical solutions were simplified by defining the shear stress influence values ($I_1$, $I_2$, $I_3$), and solution charts were presented for obtaining these values. For some special loading conditions, the expressions for shear stresses in the soil below the corners of a rectangular foundation were also given. In addition, a computer program was developed to calculate the shear stress increment at any point below the rectangular foundations. A numerical example for illustrating the use of the presented solution charts was given and, finally, shear stress isobars were obtained for the same example by a developed computer program. The shear stress expressions obtained in this work can be used to determine monotonic and cyclic behavior of soils below rectangular foundations subjected to biaxial bending.
A simple hyperbolic shear deformation theory taking into account transverse shear deformation effects is proposed for the free flexural vibration analysis of thick functionally graded plates resting on elastic foundations. By considering further supposition, the present formulation introduces only four unknowns and its governing equations are therefore reduced. Hamilton's principle is employed to obtain equations of motion and Navier-type analytical solutions for simply-supported plates are compared with the available solutions in literature to check the accuracy of the proposed theory. Numerical results are computed to examine the effects of the power-law index and side-to-thickness ratio on the natural frequencies.
The natural frequencies of a rectangular plate on non-homogeneous elastic foundations were obtained by using the Ritz method and Galerkin method. The results of both methods using the different type of trial functions were also compared. Furthermore, the effects of the variation of boundary conditions, the stiffness of the foundation spring, the dimension ratio of the plate were investigated. As a result, the Galerkin method can be used to obtain the accurate solution and can be effectively used to design the foundation bed.
The natural frequencies of a rectangular plate on non-homogeneous elastic foundations were obtained by using the Ritz method and Galerkin method. The results of both methods using the different type of trial functions were also compared. Furthermore, the effects of the variation of boundary conditions, the stiffness of the foundation spring, the dimension ratio of the plate were investigated. As a result, the Galerkin method can be used to obtain the accurate solution and can be effectively used to design the foundation bed.
This paper presents the influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness and aspect ratio on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite sandwich annular sector plates resting on two-parameter elastic foundations. The carbon nanotube-reinforced (CNTR) sandwich plate has smooth variation of CNT fraction along the thickness direction. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness and their mechanical properties are estimated by an extended 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. Effects of CNT distribution, volume fraction, aspect ratio and waviness, and also effects of Pasternak's elastic foundation coefficients, sandwich plate thickness, face sheets thickness and plate aspect ratio are investigated on the free vibration of the sandwich plates with wavy CNT-reinforced face sheets. The study is carried out based on three-dimensional theory of elasticity and in contrary to two-dimensional theories, such as classical, the first- and the higher-order shear deformation plate theories, this approach does not neglect transverse normal deformations. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free.
This paper is motivated by the lack of studies in the technical literature concerning to the influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness and aspect ratio on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite annular sector plates resting on two-parameter elastic foundations. The carbon nanotube-reinforced (CNTR) plate has smooth variation of CNT fraction based on the power-law distribution in the thickness direction, and the material properties are also estimated by the extended 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. Parametric studies are carried out to highlight the influence of CNTs volume fraction, waviness and aspect ratio, boundary conditions and elastic foundation on vibrational behavior of FG-CNT thick sectorial plates. The study is carried out based on three-dimensional theory of elasticity and in contrary to two-dimensional theories, such as classical, the first- and the higher-order shear deformation plate theories, this approach does not neglect transverse normal deformations. The annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. For an overall comprehension on 3-D vibration of annular sector plates, some mode shape contour plots are reported in this research work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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