Sufficient Conditions are proposed herein for analytically obtaining fully orthotropic (A16=A26=0, Bij=0, D16=D26=0) laminate stacking sequences together with a brief literature survey. A number of specially chosen anti-symmetric balanced stacking sequences are analytically studied, in which all coupling stiffnesses including B16 and B26 are identically zero. Those specially chosen anti-symmetric balanced stacking sequences are then arranged symmetrically with respect to the laminate mid-plane to obtain a number of symmetric stacking balanced stacking sequences of which the elastic stiffnesses are fully orthotropic.
The force and moment simulation of a steady-state rolling tire taking the effect of tread pattern into account is described using a steady-state transport method with ABAQUS. Tread meshes can not fully consider a tread pattern because detailed tread meshes are not allowed in the steady-state transport method. Therefore, the tread elements are modeled to have orthotropic property instead of isotropic property. The force and moment simulation has been carried out for the cases of both isotropic and orthotropic properties of tread elements. Both cases of simulation results are then compared with the experimental results. It is verified that the orthotropic case is in a better agreement with the experimental result than the isotropic case. Angle effects of tread pattern have been studied by changing the orientation angle of orthotropic property of tread. It is shown that the groove angle in the tread shoulder region has a more effect on force and moment of a tire than that in the tread center region.
In this study, the two-dimensional generalized finite integral transform(FIT) approach was extended for new accurate thermal buckling analysis of fully clamped orthotropic thin plates. Clamped-clamped beam functions, which can automatically satisfy boundary conditions of the plate and orthogonality as an integral kernel to construct generalized integral transform pairs, are adopted. Through performing the transformation, the governing thermal buckling equation can be directly changed into solving linear algebraic equations, which reduces the complexity of the encountered mathematical problems and provides a more efficient solution. The obtained analytical thermal buckling solutions, including critical temperatures and mode shapes, match well with the finite element method (FEM) results, which verifies the precision and validity of the employed approach.
Cattabiani, Alessandro;Barbarulo, Andrea;Riou, Herve;Ladeveze, Pierre
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.3
no.3
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pp.317-330
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2016
Nowadays, the interest of aerospace and automotive industries on virtual testing of medium-frequency vibrational behavior of shallow shell structures is growing. The development of software capable of predicting the vibrational response in such frequency range is still an open question because classical methods (i.e., FEM, SEA) are not fully suitable for the medium-frequency bandwidth. In this context the Variational Theory of Complex Rays (VTCR) is taking place as an ad-hoc technique to address medium-frequency problems. It is a Trefftz method based on a weak variational formulation. It allows great flexibility because any shape function that satisfies the governing equations can be used. This work further develops such theory. In particular, orthotropic materials are introduced in the VTCR formulation for shallow shell structures. A significant numerical example is proposed to show the strategy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.993-1000
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2002
The objective of this work is to develop the capability to analyze accurately the mixed-mode propagation of a crack in composite structures with elastic orthotropic material stiffness properties and anisotropic material strength characteristics. In order to develop the capability to fully analyze fracture growth and failure in anisotropic structures, we examined the fundamental problem of mixed mode fracture by carrying out the analysis on orthotropic materials with an inclined crack subject to biaxial loading. Our goal here is to include an additional term in the asymptotic expansion of the crack tip stress field and to show that the direction of crack initiation can be significantly affected by that term. We employ the normal stress ratio theory to predict the direction of crack extension. It is shown that the angle of crack extension can be altered by horizontal loads and the use of second order term in the series expansion is important f3r the accurate determination of crack growth direction.
The cracking at the transverse diaphragm cutout is one of the most severe fatigue failures threatening orthotropic steel decks (OSDs), whose mechanisms and crack treatment techniques have not been fully studied. In this paper, full-scale experiments were first performed to investigate the fatigue performance of polished cutouts involving the effect of an artificial geometrical defect. Following this, comparative experimental testing for defective cutouts strengthened with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) was carried out. Numerical finite element analysis was also performed to verify and explain the experimental observations. Results show that the combinative effect of the wheel load and thermal residual stress constitutes the external driving force for the fatigue cracking of the cutout. Initial geometrical defects are confirmed as a critical factor affecting the fatigue cracking. The principal stress 6 mm away from the free edge of the cutout can be adopted as the nominal stress of the cutout during fatigue evaluation, and the fatigue resistance of polished cutouts is higher than Grade A in AASHTO specification. The bonded CFRP system is highly effective in extending the fatigue life of the defective cutouts. The present study provides some new insights into the fatigue evaluation and repair of OSDs.
Grouting technique is frequently used where a tunnel structure is passing through the shallow overburden area or where the thickness of hard rock above the tunnel is rather thin. However, engineering background on design process of the grout reinforcement does not seem to be fully understood until now. Mechanics of composite material is, therefore, introduced in this study to investigate the orthotropic material properties of the composites containing soil(or rock) and grouting material. These orthotropic material properties can be used to represent the reinfocement effects quantitatively. The model developed in this study is next applied to a typical tunnel structure and the grouting effect is analyzed numerically. The idea used in this study can be expanded to a situation where a pipe roofing or a forepoling technique is adopted and a simplified design procedure, similar to the model model introduced in this study, can be developed.
A constitutive model on oorthotropic thermo-elasto-viscoplasticity for fiber-reinforced composite materials Is illustrated, and their thermomechanical responses are predicted with the fully-coupled finite element formulation. The unmixing-mixing scheme can be adopted with the multipartite matrix method as the constitutive model. Basic assumptions based upon the composite micromechanics are postulated, and the strain components of thermal expansion due to temperature change are included In the formulation. Also. more than two sets of mechanical variables, which represent the deformation states of multipartite matrix can be introduced arbitrarily. In particular, the unmixing-mixing scheme can be used with any well-known isotropic viscoplastic theory of the matrix material. The scheme unnecessitates the complex processes for developing an orthotropic viscoplastic theory. The governing equations based on fully-coupled thermomechanics are derived with constitutive arrangement by the unmixing-mixing concept. By considering some auxiliary conditions, the Initial-boundary value problem Is completely set up. As a tool of numerical analyses, the finite element method Is used with isoparametric Interpolation fer the displacement and the temperature fields. The equation of mutton and the energy conservation equation are spatially discretized, and then the time marching techniques such as the Newmark method and the Crank-Nicolson technique are applied. To solve the ultimate nonlinear simultaneous equations, a successive iteration algorithm is constructed with subincrementing technique. As a numerical study, a series of analyses are performed with the main focus on the thermomechanical coupling effect in composite materials. The progress of viscoplastic deformation, the stress-strain relation, and the temperature History are careful1y examined when composite laminates are subjected to repeated cyclic loading.
Abazid, Mohammad Alakel;Alotebi, Muneerah S.;Sobhy, Mohammed
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.3
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pp.219-232
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2018
This paper deals with the static bending of various types of FGM sandwich plates resting on two-parameter elastic foundations in hygrothermal environment. The elastic foundation is modeled as Pasternak's type, which can be either isotropic or orthotropic and as a special case, it converges to Winkler's foundation if the shear layer is neglected. The present FGM sandwich plate is assumed to be made of a fully ceramic core layer sandwiched by metal/ceramic FGM coats. The governing equations are derived from principle of virtual displacements based on a shear and normal deformations plate theory. The present theory takes into account both shear and normal strains effects, thus it predicts results more accurate than the shear deformation plate theories. The results obtained by the shear and normal deformation theory are compared with those available in the literature and also with those obtained by other shear deformation theories. It is concluded that the present results are slightly deviated from other results because the normal deformation effect is taken into account. Numerical results are presented to show the effects of the different parameters, such as side-to-thickness ratio, foundation parameters, aspect ratio, temperature, moisture, power law index and core thickness on the stresses and displacements of the FG sandwich plates.
The beneficial effects of graduated compression stockings (GCS) in prophylaxis and treatment of venous disorders of human lower extremity have been recognized. However, their pressure functional performances are variable and unstable in practical applications, and the exact mechanisms of action remain controversial. Direct surface pressure measurements and indirect material properties testing are not enough for fully understanding the interaction between stocking and leg. A three dimensional (3D) biomechanical mathematical model for numerically simulating the interaction between leg and GCS in dynamic wear was developed based on the actual geometry of the female leg obtained from 3D reconstruction of MR images and the real size and mechanical properties of the compression stocking prototype. The biomechanical solid leg model consists of bones and soft tissues, and an orthotropic shell model is built for the stocking hose. The dynamic putting-on process is simulated by defining the contact of finite relative sliding between the two objects. The surface pressure magnitude and distribution along the different height levels of the leg and stress profiles of stockings were simulated. As well, their dynamic alterations with time processing were quantitatively analyzed. Through validation, the simulated results showed a reasonable agreement with the experimental measurements, and the simulated pressure gradient distribution from the ankle to the thigh (100:67:30) accorded with the advised criterion by the European committee for standardization. The developed model can be used to predict and visualize the dynamic pressure and stress performances exerted by compression stocking in wear, and to optimize the material mechanical properties in stocking design, thus, helping us understand mechanisms of compression action and improving medical functions of GCS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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