This paper presents a method to detect the fiber property variation of laminated GFRP plates from natural frequency response data. The combined finite element analysis using ABAQUS and the inverse algorithm described in this paper may allow us not only to detect the deteriorated elements from the mirco-mechanical point of view but also to find their numbers, locations, and the extent of damage. To solve the inverse problem using the combined method, this study uses several natural frequencies instead of mode shapes in a structure as the measured data. Several numerical results show that the proposed system is computationally efficient in identifying fiber stiffness degradation for complex structures such as composites with various layup sequences.
Control of the mechanical behavior of composite materials and structures under monotonic and dynamic loads for cracks and damage is a vast and complex area of research. The modeling of the different physical phenomena and behavior characteristics of a composite material during deformation play an important role in the structural design. Our study aims to analyze numerically the energy release rate parameter G of a composite laminated plate (glass or boron / epoxy) cross-ply [$+{\alpha}$, $-{\alpha}$] in the presence of a crack between two circular notches under the effect of several parameters such as fiber orientation ${\alpha}$, the crack orientation ${\beta}$, the orientation ${\gamma}$ of the two considered circular notches and the effect of mechanical properties. Our results show clearly that both notches orientation has more effect on G than the cracks and fibers orientations.
This article presented a comprehensive model to study static buckling stability and associated mode-shapes of higher shear deformation theories of sandwich laminated composite beam under the compression of varying axial load function. Four higher order shear deformation beam theories are considered in formulation and analysis. So, the model can consider the influence of both thick and thin beams without needing to shear correction factor. The compression force can be described through axial direction by uniform constant, linear and parabolic distribution functions. The Hamilton's principle is exploited to derive equilibrium governing equations of unified sandwich laminated beams. The governing equilibrium differential equations are transformed to algebraic system of equations by using numerical differential quadrature method (DQM). The system of equations is solved as an eigenvalue problem to get critical buckling loads and their corresponding mode-shapes. The stability of DQM in determining of buckling loads of sandwich structure is performed. The validation studies are achieved and the obtained results are matched with those. Parametric studies are presented to figure out effects of in-plane load type, sandwich thickness, fiber orientation and boundary conditions on buckling loads and mode-shapes. The present model is important in designing process of aircraft, naval structural components, and naval structural when non-uniform in-plane compressive loading is dominated.
Bakoura, Ahmed;Djedid, Ibrahim Klouche;Bourada, Fouad;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Mahmoud, S.R.;Tounsi, Abdelouahed;Ghazwani, Mofareh Hassan;Alnujaie, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.5
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pp.617-625
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2022
A novel three variable refined plate theory (TVRPT) is developed in this article for laminated composite plates for the first time. The theory takes into account the nonlinear variation of transverse shear deformations, and satisfies the boundary conditions of zero traction on the plate surfaces without considering the "shear correction factor". The important characteristic of this new kinematic is that the unknowns numbers is only 3 as is employed in "classical plate theory" (CPT). The numerical results of the current theory are compared with 3D-elasticity solutions and the calculations of "first order theories" and other higher order models found in the literature.
Mohammad Mahdi Navardi;Hossein Shahverdi;Vahid Khalafi
Steel and Composite Structures
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v.52
no.5
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pp.515-524
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2024
The principal goal of the present study is to examine the aeroelastic analysis of cylindrical laminated shells with curvilinear fibers. To attain this objective, the equations of motion are firstly extracted according to the first-order shear deformation theory (FSDT). The linear piston theory is then implemented to estimate aerodynamic loads for various airflow angles over the cylindrical shell area, providing the aeroelastic equations. The well-known isogeometric analysis based on the NURBS basis functions is subsequently developed to discretize the aeroelastic equations of the considered problem. Finally, by writing the resultant equations in the standard form of an eigenvalue problem, the panel flutter analysis of a cylindrical variable stiffness composite laminated (VSCL) shell will be carried out. The comparison and validation of achieved results with the results of references mentioned in the literature are made to demonstrate the accurateness of the present formulation. Also, the influence of various parameters, including the airflow angle, fiber path orientation, radius of curvature, and converting symmetric lay-up to unsymmetrical lay-up on the flutter threshold is studied.
This study carried out finite element vibration analysis of pole structures made of GFRP, which is based on the micro-mechanical approach for different fiber-volume fractions. The finite element (FE) models for composite structures using multi-scale approaches described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the material combination. The FE model is used for studying free vibrations of laminated composite poles for various fiber-volume fractions. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the fiber-volume fraction for various parameters, such as fiber angles, layup sequences, and length-thickness ratios. It may be concluded from this study that the combination effect of fiber and matrix, largely governing the dynamic characteristics of composite structures, should not be neglected and thus the optimal combination could be used to design such civil structures for better dynamic performance.
The main goal of this paper is to study the vibration of damaged core laminated annular plates with FG face sheets based on a three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. In this study the effect of microcracks on the vibrational characteristic of the sandwich plate is considered. In particular, the structures are made by an isotropic core that undergoes a progressive uniform damage, which is modeled as a decay of the mechanical properties expressed in terms of engineering constants. These defects are uniformly distributed and affect the central layer of the plates independently from the direction, this phenomenon is known as "isotropic damage" and it is fully described by a scalar parameter. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular plate is assumed to have any arbitrary boundary conditions at the circular edges including simply supported, clamped and, free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution, and boundary conditions.
Considering the randomness of material parameters in the laminated composite plate, a scheme of stochastic finite element method to analyze the displacement response variability is suggested. In the formulation we adopted the concept of the weighted integral where the random variable is defined as integration of stochastic field function multiplied by a deterministic function over a finite element. In general the elastic modulus of composite materials has distinct value along an individual axis. Accordingly, we need to assume 5 material parameters as random. The correlations between these random parameters are modeled by means of correlation functions, and the degree of correlation is defined in terms of correlation coefficients. For the verification of the proposed scheme, we employ an independent analysis of Monte Carlo simulation with which statistical results can be obtained. Comparison is made between the proposed scheme and Monte Carlo simulation.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.24-28
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2002
Composite reinforced fiber materials are used in lots of fields such as a part of aeronautic space, ship, machinery and so on because can make structure wished for necessary condition by control fiber direction and laminated sequence. As the use of advanced composites increase, specific techniques have been developed to repair changed composite structures. In order to repair the damaged part production high quality composite reinforced fiber are completed by control the surrounding temperature and press in autoclave. The quality is influenced heat exposure degree by chemical reaction for precessing. This study considerated influence limit of using by repair structure part and change of properties according to heat exposure degree for repairing.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.2
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pp.143-152
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2015
In the present study, the fiber and matrix failure of composite laminates under arbitrary biaxial stresses were evaluated based on separate mode criteria such as Hasnin and Puck theories. There is a limitation to predict the fiber-dominant and/or matrix-dominant failures under arbitrary stress states using limit criteria (maximum stress and maximum strain theories) and interactive criteria (Tsai-Hill and Tsai-Wu theories). There is little literature for failure analysis of ships and offshore composite structures considering advanced failure theories such as Hashin and Puck theories. Furthermore, there is not enough practical commercial finite element analysis (FEA) code which is basically adopted the separate mode criteria. Hence, in the present study, the user-defined subroutine of commercial FEA code ABAQUS for evaluation of fiber and matrix failures of composite structures was developed based on Hashin and Puck failure criteria. And then, the proposed subroutine was validated by comparing with a series of experimental results of carbon- and glass-implemented composite laminates to guarantee the reliability and usefulness of the developed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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