Sandwich plates are widely used in lightweight design due to their high strength and stiffness to weight ratio. Due to the heterogeneous structure of sandwich plates, they can exhibit local instabilities (wrinkling), which lead to a sudden loss of stiffness in the structure. This paper presents an analytical solution to the wrinkling problem of sandwich plates. The solution is based on the Rayleigh-Ritz method, by assuming an appropriate deformation field. In contrast to the other approaches up to now, this model takes arbitrary and different orthotropic face layers, finite core thickness and orthotropic core material into account. This approach is the first to cover the wrinkling of unsymmetric sandwiches and sandwiches composed of orthotropic FRP face layers, which are most common in advanced lightweight design. Despite the generality of the solution, the computational effort is kept within bounds. The results have been verified using other analytical solutions and unit cell 3D FE calculations.
The aim of this work is to establish the coefficient that defines the critical buckling load for isotropic annular plates of variable thickness whose outer boundary is simply supported and subjected to uniform pressure. It is assumed that the plate thickness varies in a continuous way, according to an exponential law. The eigenvalues are determined using an optimized Rayleigh-Ritz method with polynomial coordinate functions which identically satisfy the boundary conditions at the outer edge. Good engineering agreement is shown to exist between the obtained results and buckling parameters presented in the technical literature.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.10a
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pp.533-534
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2013
This paper is concerned with the active vibration control of rectangular plate equipped with MFC actuators. To this end, the dynamic model of the rectangular plate bonded with MFC sensors and actuators was derived by means of the Rayleigh-Ritz method. The MFC actuator and sensor were modeled based on the pin-force assumption. The theoretical model was then validated experimentally. The multiinput and multi-output (MIMO) Positive Position Feedback (PPF) controller was designed based on the natural mode shapes and implemented using dSpace system and Simulink. The proposed control algorithm was applied to the cantilever plate having two MFC wafers having both sensor and actuator. Numerical and experimental investigations were carried out. Both theoretical and experimental result shows that the proposed control algorithm can effectively suppress vibrations of cantilever plate.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.714-714
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2005
This paper presents the modeling and impact analysis for a rotating cantilever beam having a concentrated mass. The concentrated mass takes an impact force during the rotating motion and the transient response of the beam induced by the impact is calculated by applying the Rayleigh-Ritz assumed mode method. The stiffness variation effect caused by the rotating motion is considered in this modeling. The effects of the concentrated mass size, impact position and the angular velocity of the beam on the transient responses are investigated through numerical studies.
The influence of torsional rigidity of hinged flexible appendage on the linear dynamics of flexible spacecrafts with liquid on board was analyzed by considering the spacecraft's main body as a rigid tank, its flexible appendages as two elastically supported elastic beams, and the onboard liquid as an ideal liquid. The meniscus of the liquid free surface due to surface tension was considered. Using the Lagrangian of the spacecraft's main body (rigid tank), onboard liquid, and two beams (flexible appendages) in addition to assuming the system moved symmetrically, the coupled system frequency equations were obtained by applying the Rayleigh-Ritz method. The influence of the torsional rigidity of the flexible appendages on the spacecraft's coupled vibration characteristics was primary focus of investigation. It was found that coupled vibration modes especially that of appendage considerably changed with torsion spring parameter ${\kappa}_t$ of the flexible appendage. In addition, variation of the main body displacement with system parameters was investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.529-534
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2002
The receptance method was applied for the analysis of a cylindrical shell with a curvaturated plate attached at the top of the shell. The boundary conditions of the shell considered here were clamped at the bottom and free at the top of the shell. Before the analysis of the shell/plate combined structure, the natural frequencies of the plate and the shell were calculated separately and then they were used in the calculation of the frequencies of the combined structure by the receptance method. The frequency equation of the combined structure was derived from the continuity condition at the junction of the shell and the plate. The frequencies for various curvature factors of the plate were presented and compared with those from ANSYS to show its validity of the present method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.2
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pp.85-95
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1996
An iterative Kantorovich method is presented for the vibration analysis of rectangular isotopic and orthotropic thick plates. Mindlin plate characteristic functions are derived in general forms by the Kantorovich method initially starting with Timoshenko beam functions consistent with the boundary conditions of the plate. Through numerical calculations of natural pairs, i.e. natural frequencies and corresponding modes, and dynamic responses of appropriate models, it has been confirmed that the presented method is superior to the Rayleigh-Ritz analysis or the FEM analysis in accuracy and computational efficiency.
In this study a simple model is developed that predicts impact damage in a composite laminate avoiding the need of the time-consuming dynamic finite element method (FEM). The analytical model uses a non-linear approximation method (Rayleigh-Ritz) and the large deflection plate theory to predict the number of failed plies and damage area in a quasi-isotropic composite circular plate (axisymmetric problem) due to a point impact load at its centre. It is assumed that the deformation due to a static transverse load is similar to that oc curred in a low velocity impact. It is found that the model, despite its simplicity, is in good agreement with FEM predictions and experimental data for the deflection of the composite plate and gives a good estimate of the number of failed plies due to fibre breakage. The predicted damage zone could be used with a fracture mechanics model developed by the second investigator and co-workers to calculate the compression after impact strength of such laminates. This approach could save significant running time when compared to FEM solutions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.5
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pp.203-209
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2022
A simplified method for earthquake response analysis of a rectangular liquid storage tank is proposed with fluid-structure interaction considered. In order to simplify the complex three-dimensional structural behavior of a rectangular liquid storage tank, it is assumed that structural deformation does not occur in the plane parallel to the direction in which the earthquake ground motion is applied but in the plane perpendicular to the direction. The structural deformation is approximated by combining the natural modes of the simple beam and the cantilever beam. The hydrodynamic pressure, the structure's mass and stiffness, and the hydrodynamic pressure's added mass are derived by applying the Rayleigh-Ritz method. The natural frequency, structural deformation, pressure, effective mode mass, and effective mode height of the rectangular liquid storage tank are obtained. The structural displacement, hydrodynamic pressure, base shear, and overturning moment are calculated. The seismic response analysis of an example rectangular liquid storage tank is performed using the proposed simplified approach, and its accuracy is verified by comparing the results with the reference solution by the finite element method. Existing seismic design codes based on the hydrodynamic pressure in rigid liquid storage tanks are observed to produce results with significant errors that cannot be ignored.
A theoretical method is developed to analyze the free vibration of an elastic annular plate in contact with an ideal liquid. The displacement potential functions of the contained liquid are expressed as a combination of the Bessel functions that satisfy the Laplace equation and the liquid boundary conditions. The compatibility condition along the interface between the annular plate and the contained liquid is taken into account to consider the fluid-structure coupling. The dynamic displacement of the wet annular plate is assumed to be a combination of dry eigenfunctions, allowing for prediction of the natural frequencies using the Rayleigh-Ritz method. The study investigates the effect of radial liquid boundary conditions on the natural frequencies of the wet annular plate, considering four types of liquid bounding: outer container bounded, outer and inner bounded, inner bounded, and radially unbounded. The proposed theoretical method is validated by comparing the predicted wet natural frequencies with those obtained from finite element analysis, showing excellent accuracy. The results indicate that the radial liquid bounding effect on the natural frequencies is negligible for the axisymmetric vibrational mode, but relatively significant for the mode with one nodal diameter (n =1) and no nodal circle (m' = 0). Furthermore, the study reveals that the wet natural frequencies are the largest for the plate with an inner bounded cylinder among the radial liquid boundary cases, regardless of the vibration mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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