Laminated plates have many applications in different industrials. Buckling analysis of these structures with the nano-scale reinforcement has not investigated yet. However, buckling analysis of embedded laminated plates with nanocomposite layers is studied in this paper. Considering the single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as reinforcement of layers, SWCNTs agglomeration effects and nonlinear analysis using numerical method are the main contributions of this paper. Mori-Tanaka model is applied for obtaining the equivalent material properties of structure and considering agglomeration effects. The elastic medium is simulated by spring and shear constants. Based on first order shear deformation theory (FSDT), the governing equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. Differential quadrature method (DQM) is used for calculating the buckling load of system. The effects of different parameters such as the volume percent of SWCNTs, SWCNTs agglomeration, number of layers, orientation angle of layers, elastic medium, boundary conditions and axial mode number of plate on the buckling of the structure are shown. Results indicate that increasing volume percent of SWCNTs increases the buckling load of the plate. Furthermore, considering agglomeration effects decreases the buckling load of system. In addition, it is found that the present results have good agreement with other works.
A new hybrid damping technique for vibration reduction in flexible structures, wherein a combination of layers of hard passive damping alloys and active (smart) magnetostrictive material is used to reduce vibrations, is proposed. While most conventional vibration control treatments are based exclusively on either passive or active based systems, this technique aims to combine the advantages of these systems and simultaneously, to overcome the inherent disadvantages in the individual systems. Two types of combined damping systems are idealized and studied here, viz., the Noninteractive system and the Interactive system. Frequency domain studies are carried out to investigate their performance. Finite element simulations using previously developed smart beam elements are carried out on typical metallic and laminated composite cantilever beams treated with hybrid damping. The influence of various parameters like excitation levels, frequency (mode) and control gain on the damping performance is investigated. It is shown that the proposed system could be used effectively to dampen the structural vibration over a wide frequency range. The interaction between the active and passive damping layers is brought out by a comparative study of the combined systems. Illustrative comparisons with 'only passive' and 'only active' damping schemes are also made. The influence and the mode dependence of control gain in a hybrid system is clearly illustrated. This study also demonstrates the significance and the exploitation of strain dependency of passive damping on the overall damping of the hybrid system. Further, the influence of the depthwise location of damping layers in laminated structures is also investigated.
Delamination crack detection is very important for improving the structural reliability of laminated composite structures. This requires real-time delamination detection technologies. For composite laminates that are reinforced with carbon fiber, an electrical potential method uses carbon fiber for reinforcements and sensors at the same time. The use of carbon fiber for sensors does not need to consider the strength reduction of smart structures induced by imbedding sensors into the structures. With carbon fiber reinforced (CF/) epoxy matrix composites, it had been proved that the delamination crack was detected experimentally. In the present study, therefore, similar experiments were conducted to prove the applicability of the method for delamination crack detection of CF/polyetherethereketone matrix composite laminates. Mode I and mode II delamination tests with artificial cracks were conducted, and three point bending tests without artificial cracks were conducted. This study experimentally proves the applicability of the method for detection of delamination cracks. CF/polyetherethereketone material has strong electric resistance anisotropy. For CF/polyetherethereketone matrix composites, a carbon fiber network is constructed, and the network is broken by propagation of delamination cracks. This causes a change in the electric resistance of CF/polyetherethereketone matrix composites. Using three point bending specimens, delamination cracks generated without artificial initial cracks is proved to be detectable using the electric potential method: This method successfully detected delamination cracks.
A 4-node assumed strain finite element based on higher order shear deformation theory is developed to investigate the behaviours of symmetric and unsymmetric laminated composite plates. The present element is based on Reddy's higher order shear deformation theory so that it can consider the parabolic distribution of shear deformation through plate thickness direction. In particular, assumed strain method is adopted to alleviate the shear locking phenomena inherited plate elements based on higher order shear deformation theory. The present finite element has seven degrees of freedom per node and denoted as HSA4. Numerical examples are carried out for symmetric and unsymmetric laminated composite plate with various thickness values. Numerical results are compared with reference solutions produced by other higher order shear deformation theories.
For the first time, the parametric instability characteristics of tow-steered variable stiffness composite laminated (VSCL) cylindrical panels is investigated using B-spline finite strip method (FSM). The panel is considered containing geometrical defects including cutout and delamination. The material properties are assumed to vary along the panel axial length of any lamina according to a linear fiber-orientation variation. A uniformly distributed inplane longitudinal loading varies harmoni-cally with time is considered. The instability load frequency regions corresponding to the assumed in-plane parametric load-ing is derived using the Bolotin's first order approximation through an energy approach. In order to demonstrate the capabili-ties of the developed formulation in predicting stability behavior of the thin-walled VSCL structures, some representative results are obtained and compared with those in the literature wherever available. It is shown that the B-spline FSM is a proper tool for extracting the stability boundaries of perforated delaminated VSCL panels.
Sandwich shells made of composite materials are the main focus on recent literature parallel to the requirements of industry. They are commonly chosen for the modern engineering applications which require moderate strength to weight ratio without dependence on conventional manufacturing techniques. The investigations on hyperbolic paraboloidal formed sandwich composite shells are limited in the literature contrary to shells that have a number of studies, consisting of doubly curved surfaces, arbitrary boundaries and laminations. Because of the lack of contributive data in the literature, the aim of this study is to present the effects of curvature on hyperbolic paraboloidal formed, layered sandwich composite surfaces that have arbitrary boundary conditions. Analytical solution methodology for the analyses of stresses and deformations is based on Third Order Shear Deformation Theory (TSDT). Double Fourier series, which are specialized for boundary discontinuity, are used to solve highly coupled linear partial differential equations. Numerical solutions showing the effects of shell geometry are presented to provide benchmark results.
Analysis of transverse stresses at layer interfaces in a composite laminate has always been a challenging task. Composite structures possess highly irregular material properties at layer interfaces, which cause high shear stresses. Classical Plate Theory and First Order Shear Deformation Theory (FSDT) use post computing to calculate transverse stresses. This paper presents Reissner Mixed Variational Theorem (RMVT) based finite element model to carry out layer-wise analysis of composite laminates. Selective integration scheme has been used. The formulation has been validated by solving numerical examples and comparing the results with those published in the literature.
This paper focuses on trigonometric porosity distribution to analyze its effect on the free vibration frequencies of porous orthotropic multi-layered composite plates. Three types of porosity distributions are considered. The governing equations of the free vibration response of porous orthotropic multi-layered composite plates are derived from the Hamilton's principle using higher-order shear deformation theory. The free vibration frequency relation of the problem is obtained by performing Galerkin's method. After the validation process of the relation under the available literature, a few parametric analyses are performed to observe the influence of shear deformation, porosity distribution, orthotropy, layer sequence, and different geometric properties on the frequencies.
While the external axial compressive load is applied to only the shell edge of stringer-stiffened shell in the most of numerical and analytical previous studies (entitled as conventional approach), a part of external load is applied to the stringers in real conditions. It leads to decrease the accuracy of the axial buckling load calculated by the conventional eigenvalue analysis approach performed in the most of previous studies. In this study, the distribution of stress in the pre-buckling analysis was enhanced by applying the axial external compressive load to both shell and stringers to perform an accurate eigenvalue analysis of the stringer-stiffened composite shell. In this regard, a model was developed in FORTRAN environment to simulate the laminated stringer-stiffened shell under axial compressive load using finite strip method. The axial buckling load of the shell was obtained through eigenvalue analysis. A comparison was made between the results obtained from the model and those available in the previous studies to evaluate the validity of the results obtained from the model. Through a parametric study, the effects of different parameters such as stringer properties and composite layup on the buckling load of the shell under different loading patterns were investigated. The results indicated that in some cases, the axial buckling load obtained for the conventional approach used in the most of previous studies is significantly overestimated or underestimated due to neglecting the stringer in distribution of external load applied to the stringer-stiffened shell. According to the results obtained from the parametric study, some graphs were derived to show the accuracy of the axial buckling load obtained from the conventional approach utilized in the literature.
Rajasekaran, S.;Nalinaa, K.;Greeshma, S.;Poornima, N.S.;Kumar, V. Vinoop
Structural Engineering and Mechanics
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v.16
no.5
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pp.557-580
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2003
Laminated composite structures find wide range of applications in many branches of technology. They are much suited for weight sensitive structures (like aircraft) where thinner and lighter members made of advanced fiber reinforced composite materials are used. The orientations of fiber direction in layers and number of layers and the thickness of the layers as well as material of composites play a major role in determining the strength and stiffness. Thus the basic design problem is to determine the optimum stacking sequence in terms of laminate thickness, material and fiber orientation. In this paper, a new optimization technique called Cellular Automata (CA) has been combined with Genetic Algorithm (GA) to develop a different search and optimization algorithm, known as Cellular Genetic Algorithm (CGA), which considers the laminate thickness, angle of fiber orientation and the fiber material as discrete variables. This CGA has been successfully applied to obtain the optimal fiber orientation, thickness and material lay-up for multi-layered composite hybrid beams plates and shells subjected to static buckling and dynamic constraints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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