Arani, Ali Ghorbanpour;Haghparast, Elham;Zarei, Hassan Baba Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.105-126
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2016
In the present study, modelling and vibration control of axially moving laminated Carbon nanotubes/fiber/polymer composite (CNTFPC) plate under initial tension are investigated. Orthotropic visco-Pasternak foundation is developed to consider the influences of orthotropy angle, damping coefficient, normal and shear modulus. The governing equations of the laminated CNTFPC plates are derived based on new form of first-order shear deformation plate theory (FSDT) which is simpler than the conventional one due to reducing the number of unknowns and governing equations, and significantly, it does not require a shear correction factor. Halpin-Tsai model is utilized to evaluate the material properties of two-phase composite consist of uniformly distributed and randomly oriented CNTs through the epoxy resin matrix. Afterwards, the structural properties of CNT reinforced polymer matrix which is assumed as a new matrix and then reinforced with E-Glass fiber are calculated by fiber micromechanics approach. Employing Hamilton's principle, the equations of motion are obtained and solved by Hybrid analytical numerical method. Results indicate that the critical speed of moving laminated CNTFPC plate can be improved by adding appropriate values of CNTs. These findings can be used in design and manufacturing of marine vessels and aircrafts.
This paper dealt with multi-scale natural frequency characteristics of wavy CNT (carbon nanotube) reinforced composites by applying the Mori-Tanaka method, rule of mixture, and Halpin-Tsai equation. By compelling benefit of an ad-hoc Eshelby tensor, the load-transfer characteristics of CNT with a waviness implanted in the polymer matrix was determined. The numerical results obtained are in good agreement with those reported by other investigators. Furthermore, the new results reported in this paper show the interactions between CNT weight, waviness ratios and layup sequences of laminated composites. Key observation points are discussed and significant considerations are given in practical designing of CNT reinforced composites.
The purpose of this work is to analyze the bending behavior of laminated composite plates using the refined fourvariable theory and the finite element method approach using an ANSYS 12 computational code. The analytical model is based on the multilayer plate theory of shear deformation of the nth-order proposed by Xiang et al 2011 using the theory principle developed by Shimpi and Patel 2006. Unlike other theories, the number of unknown functions in the present theory is only four, while five or more in the case of other theories of shear deformation. The formulation of the present theory is based on the principle of virtual works, it has a strong similarity with the classical theory of plates in many aspects, it does not require shear correction factor and gives a parabolic description of the shear stress across the thickness while filling the condition of zero shear stress on the free edges. The analysis is validated by comparing results with those in the literature.
Khadir, Adnan I.;Daikh, Ahmed Amine;Eltaher, Mohamed A.
Advances in nano research
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v.11
no.6
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pp.621-640
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2021
Effect of thickness stretching on mechanical behavior of functionally graded (FG) carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) laminated nanoplates resting on elastic foundation is analyzed in this paper using a novel quasi 3D higher-order shear deformation theory. The key feature of this theoretical formulation is that, in addition to considering the thickness stretching effect, the number of unknowns of the displacement field is reduced to four, and which is more than five in the other models. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are the reinforced elements and are distributed with four power-law functions which are, uniform distribution, V-distribution, O-distribution and X-distribution. To cover various boundary conditions, an analytical solution is developed based on Galerkin method to solve the governing equilibrium equations by considering the nonlocal strain gradient theory. A modified two-dimensional variable Winkler elastic foundation is proposed in this study for the first time. A parametric study is executed to determine the influence of the reinforcement patterns, power-law index, nonlocal parameter, length scale parameter, thickness and aspect ratios, elastic foundation, thermal environments, and various boundary conditions on stresses, displacements, buckling loads and frequencies of the CNTRC laminated nanoplate.
Ola Ragb;Mohamed Abd Elkhalek;M.S. Matbuly;Mohamed Salah;Mohamed Eltaher;Tharwat Osman
Steel and Composite Structures
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v.53
no.1
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pp.1-27
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2024
This work presents the effectiveness of differential quadrature shape functions (i.e., Lagrange interpolation polynomial, Cardinal sine function, Delta Lagrange kernel and Regularized Shannon kernel) in the solution of nonlinear vibration of multilayers piezoelectric plates with nonlinear elastic support. A piezoelectric composite laminated plate is rested on nonlinear Winkler and Visco-Pasternak elastic foundations problems. Based on 3D elasticity theory and piezoelectricity, the governing equations of motion are derived. Differential quadrature methods based on four shape functions are presented as numerical techniques for solving this problem. The perturbation method is implemented to solve the obtained nonlinear eigenvalue problem. A MATLAB code is written for each technique for solving this problem and extract the numerical results. To validate these methods, the computed results are we compare with the previous exact results. In addition, parametric analyses are offered to investigate the influence of length to thickness ratio, elastic foundation parameters, various boundary conditions, and piezoelectric layers thickness on the natural frequencies and mode shapes. Consequently, it is discovered that the obtained results via the proposed schemes can be applied in structural health monitoring.
The design of honeycomb sandwich structures is often challenging because these structures can be tailored from a variety of possible cores and face sheets configurations, therefore, the design of sandwich structures is characterized as a time-consuming and complex task. A data-driven computational approach that integrates the analytical method and Artificial Neural Network (ANN) is developed by the authors to rapidly predict the design of sandwich structures for a targeted maximum structural deflection. The elaborated ANN reverse design approach is applied to obtain the thickness of the sandwich core, the thickness of the laminated face sheets, and safety factors for composite sandwich structure. The required data for building ANN model were obtained using the governing equations of sandwich components in conjunction with the Monte Carlo Method. Then, the functional relationship between the input and output features was created using the neural network Backpropagation (BP) algorithm. The input variables were the dimensions of the sandwich structure, the applied load, the core density, and the maximum deflection, which was the reverse input given by the designer. The outstanding performance of reverse ANN model revealed through a low value of mean square error (MSE) together with the coefficient of determination (R2) close to the unity. Furthermore, the output of the model was in good agreement with the analytical solution with a maximum error 4.7%. The combination of reverse concept and ANN may provide a potentially novel approach in designing of sandwich structures. The main added value of this study is the elaboration of a reverse ANN model, which provides a low computational technique as well as savestime in the design or redesign of sandwich structures compared to analytical and finite element approaches.
In some cases, wooden structures are used for medium-rise buildings. It is therefore necessary to develop and test a new structural system for medium-rise buildings using wooden structures. This study deals with high-performance, laminated, timber-based composite members, which consist of structural laminated timber and H-beam. Simple beam tests were performed to determine the strength, stress distributions, and failure patterns of laminated timber. The main parameters are the insertinglength (1, 1.5, and 2 times the H-beam height) and the epoxy between the top/bottom flange of the H-beam and the top/bottom flange of the laminated timber. The results of the test show that the specimen with an inserting length that is 2 times the H-beam height was characterized by fairly god strength and stiffness.
The present study deals with the repair of composite structures by bonding composite patches. The composite structure is a carbon/epoxy laminate with stacking sequence [45/-45/0/90]S. The damaged zone is simulated by a central crack and repaired by bonding symmetrical composite patches. The repair is carried out using composite patches laminated from the same elemental folds as those of the cracked specimen. Three-dimensional finite element method is used to determine the energy release rate along the front of repaired crack. The effects of the repair technique used single or double patch, the stacking sequence of the cracked composite patch and the adhesive properties were highlighted on the variations of the fracture energy in mode I and mixed mode I + II loading.
Ghasemi, Ahmad Reza;Jahanshir, Arezu;Tarighat, Mohammad Hassan
Wind and Structures
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v.18
no.2
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pp.103-116
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2014
Aeroelasticity is the main source of instability in structures which are subjected to aerodynamic forces. One of the major reasons of instability is the coupling of bending and torsional vibration of the flexible bodies, which is known as flutter. The presented investigation aims to study the aeroelastic stability of composite blades of wind turbine. Geometry, layup, and loading of the turbine blades made of laminated composites were calculated and evaluated. To study the flutter phenomenon of the blades, two numerical and analytical methods were selected. The finite element method (FEM), and JAR-23 standard were used to perform the numerical studies. In the analytical method, two degree freedom flutter and Lagrange's equations were employed to study the flutter phenomena analytically and estimate the flutter speed.
For a large scale civil and architectural structures, mainly steel, concrete and aluminum have been used and weight and corrosion of materials became a major concern. Designing with composite materials is very much complicated. Simple classical theory may yield good results for selecting "initial" sections for preliminary design. D. H. Kim proposed to use the quasi-isotropic constants by Tsai for the preliminary design of the composite primary structures for the civil construction. Also he made simple equation using correction factor. In this paper, the simple formulas developed by D. H. Kim to obtain "exact" values of the natural frequencies of [ABBCAAB]r laminate are compared with Whitney's equations. Also natural frequencies of the plate with varying aspect ratios and reinforcing fiber orientations, are compared with natural frequencies of bean. This work can be a guideline to obtain data in many other cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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