In the present paper, an extended composite beam theory that has no restriction on the lay-up and can account for Poisson effect which is significant for composite materials is proposed. Buckling equations for composite thin-walled members which are subjected to axial compression are derived based on the composite beam theory. In order to check the validity of the derived buckling equations, the results of experiments on the flexural-torsional buckling of vinylester/E-glass and polyester/E-glass pultruded T-section members and the flexural buckling of vinylester/E-glass pultruded H-section members are used as numerical examples. The comparison of the analytical results to the experimental and FE analysis results reveals that the proposed buckling equations predict the buckling loads of pultruded members conservatively by about 7%.
The Rayleigh-Ritz procedure based on energy method is used to present analytically the natural frequencies and the critical buckling loads for four types of loading conditions: (1) uniaxial, (2) biaxial, (3) positive shear and (4) negative shear, of the rectangular, composite plates unidirectionally stiffened with box beam type stiffeners. In analysis the discrete stiffener theory is adopted to present the effect of stiffeners in the plate structure. The convergence study is presented to demonstrate the accuracy of the results. Contour plots of the vibrated and buckled mode shapes are shown for some examples. The effect of various parameters such as numbers, position, aspect ratio of stiffener and layer angle, aspect ratio of plate are focused.
The characteristics of smart skin for wireless LAN system under compression load are investigated. The smart skin structure is composed of 3 layers of face material and 2 layers of core material. Theoretical formula for determining buckling load is derived by Rayleigh-Ritz method and compared with experimental result. The maximum length of specimen that buckling does not occur is determined by assuming that the compression load is sustained by only face material. In the experiment, if buckling occurs obviously then it follows the theoretical result well. In the process of buckling, the load supporting capability and the antenna property such as radiation pattern and reflection coefficient were examined.
In this paper result of an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. The existing analytical solution developed for the isotropic plates is extended so that the orthotropic material properties can be taken into account in the buckling analysis of web plate. For the solution of the problems Rayleigh-Ritz method is employed. Graphical form of results for finding the elastic buckling strength of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. Brief discussion on the design criteria for the shear and bending interaction is also presented.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Masoodi, Amir R.;Alepaighambar, Ali
Steel and Composite Structures
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v.39
no.5
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pp.599-614
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2021
This study deals with the Lateral-Torsional Buckling (LTB) of a mono-symmetric tapered I-beam, in which the cross-section is varying longitudinally. To obtain the buckling moment, two concentrated bending moments should be applied at the two ends of the structure. This structure is made of Functionally Graded Material (FGM). The Young's and shear modules change linearly along the longitudinal direction of the beam. It is considered that this tapered beam is laterally restrained continuously, by using torsional springs. Furthermore, two rotational bending springs are employed at the two structural ends. To achieve the buckling moment, Ritz solution method is utilized. The response of critical buckling moment of the beam is obtained by minimizing the total potential energy relation. The lateral and torsional displacement fields of the beam are interpolated by harmonic functions. These functions satisfy the boundary conditions. Two different support conditions are considered in this study. The obtained formulation is validated by solving benchmark problems. Moreover, some numerical studies are implemented to show the accuracy, efficiency and high performance of the proposed formulation.
In the present article, functionally graded small-scaled plates based on modified strain gradient theory (MSGT) are studied for analyzing the nonlinear bending and post-buckling responses. Von-Karman's assumptions are applied to incorporate geometric nonlinearity and the first-order shear deformation theory is used to model the plates. Modified strain gradient theory includes three length scale parameters and is reduced to the modified couple stress theory (MCST) and the classical theory (CT) if two or all three length scale parameters become zero, respectively. The Ritz method with Legendre polynomials are used to approximate the unknown displacement fields. The solution is found by the minimization of the total potential energy and the well-known Newton-Raphson technique is used to solve the nonlinear system of equations. In addition, numerical results for the functionally graded small-scaled plates are obtained and the effects of different boundary conditions, material gradient index, thickness to length scale parameter and length to thickness ratio of the plates on nonlinear bending and post-buckling responses are investigated and discussed.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad Nawaz;Taj, Muhammad;Tounsi, Abdelouahed
Advances in nano research
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v.8
no.3
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pp.215-228
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2020
In this paper, a new method based on the Sander theory is developed for SWCNTs to predict the vibrational behavior of length and ratio of thickness-to-radius according to various end conditions. The motion equation for this system is developed using Rayleigh-Ritz's method. The proposed model shows the vibration frequencies of armchair (5, 5), (7, 7), (9, 9), zigzag (12, 0), (14, 0), (19, 0) and chiral (8, 3), (10, 2), (14, 5) under different support conditions namely; SS-SS, C-F, C-C, and C-SS. The solutions of frequency equations have been given for different boundary condition, which have been given in several graphs. Several parameters of nanotubes with characteristic frequencies are given and vary continuously in length and ratio of thickness-to-radius. It has been illustrated that an enhancing the length of SWCNTs results in decreasing of the frequency range. It was demonstrated by increasing of the height-to-radius ratio of CNTs, the fundamental natural frequency would increase. Moreover, effects of length and ratio of height-to-radius with different boundary conditions have been investigated in detail. It was found that the fundamental frequencies of C-F are always lower than that of other conditions, respectively. In addition, the existence of boundary conditions has a significant impact on the vibration of SWCNTs. To generate the fundamental natural frequencies of SWCNTs, computer software MATLAB engaged. The numerical results are validated with existing open text. Since the percentage of error is negligible, the model has been concluded as valid.
Kim, Hyun-Sil;Kim, Bong-Ki;Kim, Sang-Ryul;Lee, Seong-Hyun
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.34
no.3
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pp.219-226
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2015
In this paper, derivation of the STL (Sound Transmission Loss) of a square plate installed in an impedance tube is discussed using an analytic method. Coupled motion of the plate vibration and acoustic field is considered. Vibration of the plate and pressure field inside the tube are expressed in terms of the infinite series of modal functions. Under the plane wave assumption, it is shown that consideration of the first few modes yields sufficiently accurate results. When the boundary of the plate is clamped, vibration mode is assumed as a multiplication of the beam modes corresponding to the crosswise directions. The natural frequencies of the clamped plate are calculated using the Rayleigh-Ritz method. It is found that the STL shows a dip at the lowest natural frequency of the plate, and increases as the frequency decreases below the natural frequency. Comparison of the result in this paper with the STL obtained by measurements and FE computations in the reference shows an excellent agreement.
Banoqitah, Essam Mohammed;Hussain, Muzamal;Khadimallah, Mohamed A.;Ghandourah, Emad;Yahya, Ahmad;Basha, Muhammad;Alshoaibi, Adil
Advances in nano research
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v.13
no.3
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pp.207-216
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2022
In this paper, a novel model is developed for frequency behavior of single walled carbon nanotubes. The governing equation of motion is constructed method based on the Sander theory using Rayleigh-Ritz's method The frequencies enhances on increasing the power law index using simply supported, clamped and clamped free end conditions. The frequency curve for C-F is less than other conditions. It is due to the physical constraints which are applied on the edge of the CNT. It is observed that the C-F boundary condition have less frequencies from the other two conditions. The frequency phenomena for zigzag are insignificant throughout the aspect ratio. Moreover when index of power law is increased then frequencies increases for all boundary conditions. The natural frequency mechanism for the armchair (10, 10) for various values of power law index with different boundary conditions is investigated. Here frequencies decrease on increases the aspect ratio for all boundary conditions. The frequency curves of SS-SS edge condition is composed between the C-C and C-F conditions. The curves of frequency are less significant from small aspect ratio (L/d = 4.86 ~ 8.47) and decreases fast for greater ratios. It is found that the frequencies via aspect ratios, armchair (10, 10) have higher values from zigzag (10, 0). It is due to the material structure which is made by the carbon nanotubes. The power law index have momentous effect on the vibration of single walled carbon nanotubes. The present frequency result is also compared numerically experimentally with Raman Spectroscopy.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.63-69
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2013
In order to find the optimum design of structures that have characteristic natural frequency range, a numerical optimization method to solving eigenvalue problems is a widely used approach. However in the most cases, it is difficult to decide the accurate thickness and shape of structures that have allowable natural frequency in design constraints. Parallel analysis algorithm involving the feasible direction optimization method and Rayleigh-Ritz eigenvalue solving method is developed. The method is implemented by using finite element method. It calculates the optimal thickness and the thickness ratio of individual elements of the 2-D plane element through a parallel algorithm method which satisfy the design constraint of natural frequency. As a result this method of optimization for natural frequency by using finite element method can determine the optimal size or its ratio of geometrically complicated shape and large scale structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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