International Journal of Aerospace System Engineering
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v.3
no.1
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pp.10-16
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2016
A trigonometric Layerwise higher order shear deformation theory (TLHSDT) is developed and implemented for free vibration and buckling analysis of laminated composite and sandwich plates by analytical and finite element formulation. The present model assumes parabolic variation of out-plane stresses through the depth of the plate and also accomplish the zero transverse shear stresses over the surface of the plate. Thus a need of shear correction factor is obviated. The present zigzag model able to meet the transverse shear stress continuity and zigzag form of in-plane displacement continuity at the plate interfaces. Hence, botheration of shear correction coefficient is neglected. In the case of analytical method, the governing differential equation and boundary conditions are obtained from the principle of virtual work. For the finite element formulation, an efficient eight noded $C^0$ continuous isoparametric serendipity element is established and employed to examine the dynamic analysis. Like FSDT, the considered mathematical model possesses similar number of variables and which decides the present models computationally more effective. Several numerical predictions are carried out and results are compared with those of other existing numerical approaches.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.143-146
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2003
A finite element based on the efficient higher order zig-zag theory with multiple delaminations Is developed to refine the predictions of frequency and mode shapes. Displacement field through the thickness are constructed by superimposing linear zig-zag field to the smooth globally cubic varying field. The layer-dependent degrees of freedom of displacement fields are expressed in terms of reference primary degrees of freedom by applying interface continuity conditions including delaminated interfaces as well as free hounding surface conditions of transverse shear stresses. Thus the proposed theory is not only accurate but also efficient. This displacement field can systematically handle the number, shape, size, and locations of delaminations. Throught the dynamic version of variational approach, the dynamic equilibrium equations and variationally consistent boundary conditions are obtained. Through the natural frequency analysis and time response analysis of composite plate with multiple delaminations, the accuracy and efficiency of the present finite element are demonstrated. The present finite element is suitable in the predictions of the dynamic response of the thick composite plate with multiple delaminations.
This study presents a suggestion of regulation of skewed slab bridge. In order to find the characteristic behavior of skew bridge, many cases of skew bridges were analyzed with changed angle of skew. The comparison of design methods for cantilever part in pier was also made. It was found that : (1) The lower the skew angle was, the higher the maximum support reaction forces at the end point were. (2) The higher the ratio of L/B was, the higher the maximum support reaction force at the point was. (3) The effect of skew may be neglected for skew angles of $70^{\circ}$or more. (4) If elastic springs are applied to the boundary conditions to simulate the rubber pad bearings, the results will be more reasonable. (5) The shear deformation effect must be considered in the analysis of cantilever part of substructure. (6) Using strut and tie model to design cantilever part of pier, it will be more simple than finite element method with same accuracy and more accurate than using frame element.
Il-Ryong Park;Ho-Hwan Chun;Sung-Hwan Kim;Dong-Dai Ha
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.3
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pp.1-13
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1998
In the present paper, the hydrodynamic characteristics of three dimensional hydrofoils moving with a constant speed below the free surface using a higher-order boundary element method based on 9-node Lagrangian curvilinear elements are investigated. A bi-quadratic spline scheme is employed to improve the numerical results on the free surface. To validate the present scheme, the calculated results are compared with the analytic solutions for a submerged sphere and a spheroid showing a good agreement. For the validation of the hydrofoil study, the computed lift and drag of a hydrofoil having $NACA64_{1}A412$ section with aspect ratio(A.R.) of 4 are compared with the experimental data by Wadlin et al.[28]. The comparison covers a number of variations of angle of attack and submergence depth. Then, using an A.R. hydrofoil with NACA0012 section, the free surface on the lift and drag are investigated and these are compared with the previous results. The wave elevations and patterns created by the aforementioned submerged bodies are also investigated with Froude numbers and submergences.
Higher-order theories are very important to investigate the mechanical properties and behaviors of nanoscale structures. In this study, a free vibration behavior of SiNW resting on elastic foundation is investigated via Eringen's nonlocal elasticity theory. Silicon Nanowire (SiNW) is modeled as simply supported both ends and clamped-free Euler-Bernoulli beam. Pasternak two-parameter elastic foundation model is used as foundation. Finite element formulation is obtained nonlocal Euler-Bernoulli beam theory. First, shape function of the Euler-Bernoulli beam is gained and then Galerkin weighted residual method is applied to the governing equations to obtain the stiffness and mass matrices including the foundation parameters and small scale parameter. Frequency values of SiNW is examined according to foundation and small scale parameters and the results are given by tables and graphs. The effects of small scale parameter, boundary conditions, foundation parameters on frequencies are investigated.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.10
no.3
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pp.440-448
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1999
This paper describes a full wave analysis of the scattering from electromagnetic absorbers which can be approximated as infinite periodic structure using hybrid finite element method. By introducing fictitious boundaries, equivalent finite region is defined and proper boundary conditions of each boundary are obtained by Floquet theorem. Since higher-order Floquet modes are employed, the method presented in this paper can be readily applied to the periodic structure haying a relatively long period. To reduce difficulty in evaluating the surface integral, the normal component to the surface were represented with the tangential component to the surface. Comparisons of calculated results with analytical or published ones show the validation of the method.
Nasihatgozar, M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Steel and Composite Structures
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v.24
no.2
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pp.151-176
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2017
This paper deals with general equations of motion for free vibration analysis response of thick three-layer doubly curved sandwich panels (DCSP) under simply supported boundary conditions (BCs) using higher order shear deformation theory. In this model, the face sheets are orthotropic laminated composite that follow the first order shear deformation theory (FSDT) based on Rissners-Mindlin (RM) kinematics field. The core is made of orthotropic material and its in-plane transverse displacements are modeled using the third order of the Taylor's series extension. It provides the potentiality for considering both compressible and incompressible cores. To find these equations and boundary conditions, Hamilton's principle is used. Also, the effect of trapezoidal shape factor for cross-section of curved panel element ($1{\pm}z/R$) is considered. The natural frequency parameters of DCSP are obtained using Galerkin Method. Convergence studies are performed with the appropriate formulas in general form for three-layer sandwich plate, cylindrical and spherical shells (both deep and shallow). The influences of core stiffness, ratio of core to face sheets thickness and radii of curvatures are investigated. Finally, for the first time, an optimum range for the core to face sheet stiffness ratio by considering the existence of in-plane stress which significantly affects the natural frequencies of DCSP are presented.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.1
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pp.67-81
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2000
An accurate and efficient numerical method for two-dimensional nonlinear radiation problem has been developed. The wave motion due to a moving body is described by the assumption of ideal fluid flow, and the governing Laplace equation can be effectively solved by the higher-order boundary element method with the help of the GMRES (Generalized Minimal RESidual) algorithm. The intersection or corner problem is resolved by utilizing the so-called discontinuous elements. The implicit trapezoidal rule is used in updating solutions at new time steps by considering stability and accuracy. Traveling waves caused by the oscillating body are absorbed downstream by the damping zone technique. It is demonstrated that the present method for time marching and radiation condition works efficiently for nonlinear radiation problem. To avoid the numerical instability enhanced by the local gathering of grid points, the regriding technique is employed so that all the grids on the free surface may be distributed with an equal distance. This makes it possible to reduce time interval and improve numerical stability. Special attention is paid to the local flow around the body during time integration. The nonlinear radiation force is calculated by the "acceleration potential technique". Present results show good agreement with other numerical computations and experiments.
The purpose of this paper is to study shear locking-free parametric earthquake analysis of thick and thin plates using Mindlin's theory, to determine the effects of the thickness/span ratio, the aspect ratio and the boundary conditions on the linear responses of thick and thin plates subjected to earthquake excitations. In the analysis, finite element method is used for spatial integration and the Newmark-${\beta}$ method is used for the time integration. Finite element formulation of the equations of the thick plate theory is derived by using higher order displacement shape functions. A computer program using finite element method is coded in C++ to analyze the plates clamped or simply supported along all four edges. In the analysis, 17-noded finite element is used. Graphs are presented that should help engineers in the design of thick plates subjected to earthquake excitations. It is concluded that 17-noded finite element can be effectively used in the earthquake analysis of thick and thin plates. It is also concluded that, in general, the changes in the thickness/span ratio are more effective on the maximum responses considered in this study than the changes in the aspect ratio.
In this paper presents bending characteristic of single wall carbon nanotube reinforced functionally graded composite (SWCNTRC-FG) plates. The finite element implementation of bending analysis of laminated composite plate via well-established higher order shear deformation theory (HSDT). A seven degree of freedom and $C^0$ continuity finite element model using eight noded isoperimetric elements is developed for precise computation of deflection and stresses of SWCNTRC plate subjected to sinusoidal transverse load. The finite element implementation is carried out through a finite element code developed in MATLAB. The results obtained by present approach are compared with the results available in the literatures. The effective material properties of the laminated SWCNTRC plate are used by Mori-Tanaka method. Numerical results have been obtained with different parameters, width-to-thickness ratio (a/h), stress distribution profile along thickness direction, different SWCNTRC-FG plate, boundary condition, through the thickness (z/h) ratio, volume fraction of SWCNT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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