Hakim Bentrar;Sidi Mohammed Chorfi;Sid Ahmed Belalia;Abdelouahed Tounsi;Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.6
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pp.551-567
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2023
In this work, the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates with porosity is conducted using the p-version of the finite element method (FEM), which is based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The sandwich plate consists of two face-sheet layers of FGM and a homogeneous core layer. The obtained results are validated using convergence and comparison studies with previously published results. Five porosities distribution models of FGM sandwich plates are assumed and analyzed. The effect of the thickness ratio, boundary conditions, volume fraction exponents, and porosity coefficients of the top and bottom layers of FGM sandwich plates on the natural frequency are addressed.
This present paper concerned with the analytic modelling for vibration of the functionally graded (FG) plates resting on non-variable and variable two parameter elastic foundation, based on two-dimensional elasticity using higher shear deformation theory. Our present theory has four unknown, which mean that have less than other higher order and lower theory, and we denote do not require the factor of correction like the first shear deformation theory. The indeterminate integral are introduced in the fields of displacement, it is allowed to reduce the number from five unknown to only four variables. The elastic foundations are assumed a classical model of Winkler-Pasternak with uniform distribution stiffness of the Winkler coefficient (kw), or it is with variables distribution coefficient (kw). The variable's stiffness of elastic foundation is supposed linear, parabolic and trigonometry along the length of functionally plate. The properties of the FG plates vary according to the thickness, following a simple distribution of the power law in terms of volume fractions of the constituents of the material. The equations of motions for natural frequency of the functionally graded plates resting on variables elastic foundation are derived using Hamilton principal. The government equations are resolved, with respect boundary condition for simply supported FG plate, employing Navier series solution. The extensive validation with other works found in the literature and our results are present in this work to demonstrate the efficient and accuracy of this analytic model to predict free vibration of FG plates, with and without the effect of variables elastic foundations.
This work presents a free vibration analysis of functionally graded metal-ceramic (FG) beams with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. For this purpose, a simple displacement field based on higher order shear deformation theory is implemented. The proposed theory is based on the assumption that the transverse displacements consist of bending and shear components in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments. The most interesting feature of this theory is that it accounts for a quadratic variation of the transverse shear strains across the thickness, and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the beam without using shear correction factors. In addition, it has strong similarities with Euler-Bernoulli beam theory in some aspects such as equations of motion, boundary conditions, and stress resultant expressions. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. By employing the Hamilton's principle, governing equations of motion for coupled axial-shear-flexural response are determined. The validity of the present theory is investigated by comparing some of the present results with those of the first-order and the other higher-order theories reported in the literature. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
Bouderba, Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.14
no.1
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pp.85-104
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2013
The present work deals with the thermomechanical bending response of functionally graded plates resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. Theoretical formulations are based on a recently developed refined trigonometric shear deformation theory (RTSDT). The theory accounts for trigonometric distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. Unlike the conventional trigonometric shear deformation theory, the present refined trigonometric shear deformation theory contains only four unknowns as against five in case of other shear deformation theories. The material properties of the functionally graded plates are assumed to vary continuously through the thickness, according to a simple power law distribution of the volume fraction of the constituents. The elastic foundation is modelled as two-parameter Pasternak foundation. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical examples cover the effects of the gradient index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio and elastic foundation parameters on the thermomechanical behavior of functionally graded plates. It can be concluded that the proposed theory is accurate and efficient in predicting the thermomechanical bending response of functionally graded plates.
In this paper, a new displacement based high-order shear deformation theory is introduced for the static response of functionally graded sandwich plate with new definition of porosity distribution taking into account composition and the scheme of the sandwich plate. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, has strong similarity with classical plate theory in many aspects, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Material properties of FGM layers are assumed to vary continuously across the plate thickness according to either power-law or sigmoid function in terms of the volume fractions of the constituents. The face layers are considered to be FG across each face thickness while the core is made of a ceramic homogeneous layer. Governing equations are derived from the principle of virtual displacements. The closed-form solution of a simply supported rectangular plate subjected to sinusoidal loading has been obtained by using the Navier method. Numerical results are presented to show the effect of the material distribution, the sandwich plate geometry and the porosity on the deflections and stresses of FG sandwich plates. The validity of the present theory is investigated by comparing some of the present results with other published results.
Kolahchi, Reza;Bidgoli, Ali Mohammad Moniri;Heydari, Mohammad Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.55
no.5
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pp.1001-1014
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2015
Bending analysis of functionally graded (FG) nano-plates is investigated in the present work based on a new sinusoidal shear deformation theory. The theory accounts for sinusoidal distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. The material properties of nano-plate are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. The size effects are considered based on Eringen's nonlocal theory. Governing equations are derived using energy method and Hamilton's principle. The closed-form solutions of simply supported nano-plates are obtained and the results are compared with those of first-order shear deformation theory and higher-order shear deformation theory. The effects of different parameters such as nano-plate length and thickness, elastic foundation, orientation of foundation orthtotropy direction and nonlocal parameters are shown in dimensionless displacement of system. It can be found that with increasing nonlocal parameter, the dimensionless displacement of nano-plate increases.
Shin, P.K.;Lee, D.C.;Park, G.B.;Park, C.B.;Yun, M.S.
Proceedings of the KIEE Conference
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1991.07a
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pp.198-200
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1991
In this study we fabricated thin organic polymer films on the comb-electrode by plasma polymerization methode in electrode gas flow type reactor. The dielectric constant of polymer films were increased by increasing relative humidity and we used free volume theory in order to explain the mechanism of water absorption phenomena of polymer films.
The significant structure theory of liquids and the Bragg-Williams approximation of phase transition theory have been applied to the calculation of the thermodynamic properties of p-azoxyanisole which exhibits a liquid crystal phase of the nematic type. The isotropic phase was treated as a normal liquid; and for the nematic phase, in addition to its liquidity, the effect due to the arrangement of molecular-dipoles was considered. The liquidity of the p-azoxyanisole was described by the significant structure theory of liquids, and the Bragg-Williams approximation was used to consider the effect due to the arrangement of molecular-dipoles. The molar volume, vapor pressure, heat capacity at constant pressure, thermal expansion coefficient, compressibility, entropy and enthalpy change at the nematic-isotropic phase transition point, absolute entropy, and absolute Helmholtz free energy were calculated over the temperature range of the nematic and isotropic phases. The calculated results of the thermodynamic properties were compared with the experimental data.
In this research, mechanical buckling of hybrid functionally graded plates is considered using a new four variable refined plate theory. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. The plate properties are assumed to be varied through the thickness following a simple power law distribution in terms of volume fraction of material constituents. Governing equations are derived from the principle of minimum total potential energy. The closed-form solution of a simply supported rectangular plate subjected to in-plane loading has been obtained by using the Navier method. The effectiveness of the theories is brought out through illustrative examples.
In this research a numerical simulation method is developed for moving body in free surface flows using fixed staggered rectangular grid system. The non-linear free surface near the body is defined by marker-density method. The body boundary is defined by line segment connecting the points where the body surface and grid line meet. Continuity equation and Navier-Stokes equations are used as governing equations and the equations are coupled with two-step projection method. The velocities and pressures of body boundary and free surface cells are calculated with simultaneous iterative method. To treat a body movement in a fixed grid system, the volume displaced by moving body is added to the divergence of the body boundary cell. For the verification of the present numerical method. vortex shedding period of advancing cylinder is calculated and the period is compared with existing experiment results. Moreover, added mass and damping coefficients of a vertically excited box are calculated and the computed results are compared with published experiment results. Impulsive pressure and water level variation due to sloshing phenomenon are simulated and the results are compared with published experiment results. Varying the plunger shape, the waves generated by plunging type wave maker are compared with the 2nd order Stokes wave theory The plunger shape generating the wave that shows the best agreement with the theory is represented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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