Abdelhak, Zohra;Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Adda Bedia, E.A.
Smart Structures and Systems
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제18권2호
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pp.267-291
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2016
In this research work, an exact analytical solution for thermal buckling analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates with clamped boundary condition subjected to uniform, linear, and non-linear temperature rises across the thickness direction is developed. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. A power law distribution is used to describe the variation of volume fraction of material compositions. Equilibrium and stability equations are derived based on the present refined theory. The non-linear governing equations are solved for plates subjected to simply supported and clamped boundary conditions. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. The effects of aspect and thickness ratios, gradient index, on the critical buckling are all discussed.
In this paper, a new refined quasi-three-dimensional (3D) shear deformation theory for the bending analysis of functionally graded plate is presented. The number of unknown functions involved in this theory is only four against five or more in the case of the other shear and normal deformation theories. Due to its quasi-3D nature, the stretching effect is taken into account in the formulation of governing equations. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending response of these plates is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG plates whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. The present theory accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by a parabolic variation of displacements across the thickness, and the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The problem is solved for a plate simply supported on its edges and the Navier solution is used. The results of the present method are compared with others from the literature where a good agreement has been found. A detailed parametric study is presented to show the effect of different micromechanical models on the flexural response of a simply supported FG plates.
Kim, Hyung-Kyu;Lee, Young-Ho;Heo, Sung-Pil;Jung, Youn-Ho;Ha, Jae-Wook;Kim, Seock-Sam;Jeon, Kyeong-Lak
KSTLE International Journal
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제3권1호
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pp.60-67
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2002
Wear on the tube-to-spring contact is investigated experimentally, The vibration of the tube causes the wear while the springs support it As for the supporting conditions, the contacting normal farce of 5 N,0 N and the gap of 0.1 mm are applied. The gap condition is for considering the influence of simultaneous impacting and sliding on wear. The wear volume and depth decreases in the order of the 5 N,0 N and the gap conditions. This is explained from the contact geometry of the spring, which is convex of smooth contour, The contact shear force is regarded smaller in the case of the gap existence compared with the other conditions. The wear mechanism is considered from SEM observation of the worn surface. The variation of the normal contact traction is analysed using the finite element analysis to estimate the slip displacement range on the contact with consulting the fretting map.
본 논문에서는 Stern이 제시한 경로적분식을 기본방정식으로 하여 예리한 임 의 노치내각을 가진(크랙의 경우 0˚), 즉 r$^{.lambda.}$ 형태의 특이점을 포함한 모우드-I 및 II 응력확대계수를 위한 특성해 및 보조해를 규정하고 선택모형문제로 예리한 노치 내각을 달리한 대칭 하중의 인장문제와 끝단 전단력하중하의 일단 고정보의 비대칭문 제의 응력확대계수를 기존의 재래식 유한요소법과 결합하여 계산하였다. 또한 각각 의 경우 적분경로 및 요소분할을 달리하여 수치해의 안정성 및 경로 독립성을 검토하 였다.
The previous studies reflected the significant effect of neutral-axis position and coupling of in-plane and out-of-plane displacements on behavior of functionally graded (FG) nanobeams. In thin FG beam, this coupling can be eliminated by a proper choice of the reference axis. In shear deformable FG nanobeam, not only this coupling can't be eliminated but also the position of neutral-axis is dependent on through-thickness distribution of shear strain. For the first time, in this paper it is avoided to guess a shear strain shape function and the exact shape function and consequently the exact position of neutral axis for arbitrary gradation of higher order nanobeam are obtained. This paper presents new methodology based on differential transform and collocation methods to solve coupled partial differential equations of motion without any simplifications. Using exact position of neutral axis and higher order beam kinematics as well as satisfying equilibrium equations and traction-free conditions without shear correction factor requirement yields to better results in comparison to the previously published results in literature. The classical rule of mixture and Mori-Tanaka homogenization scheme are considered. The Eringen's nonlocal continuum theory is applied to capture the small scale effects. For the first time, the dependency of exact position of neutral axis on length to thickness ratio is investigated. The effects of small scale, length to thickness ratio, Poisson's ratio, inhomogeneity of materials and various end conditions on vibration and buckling of local and nonlocal FG beams are investigated. Moreover, the effect of axial load on natural frequencies of the first modes is examined. After degeneration of the governing equations, the exact new formulas for homogeneous nanobeams are computed.
Elmascri, Setti;Bessaim, Aicha;Taleb, Ouahiba;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Mohamed, Sekkal;Bernard, Fabrice;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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제75권2호
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pp.193-209
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2020
This paper presents a new hyperbolic shear deformation plate theory including the stretching effect for free vibration of the simply supported functionally graded plates in thermal environments. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. This theory has only five unknowns, which is even less than the other shear and normal deformation theories. The present one has a new displacement field which introduces undetermined integral variables. Material properties are assumed to be temperature-dependent, and graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume power laws of the constituents. The equation of motion of the vibrated plate obtained via the classical Hamilton's principle and solved using Navier's steps. The accuracy of the proposed solution is checked by comparing the present results with those available in existing literature. The effects of the temperature field, volume fraction index of functionally graded material, side-to-thickness ratio on free vibration responses of the functionally graded plates are investigated. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the natural frequencies of functionally graded plates with stretching effect in thermal environments.
In this paper, a new application of a four variable refined plate theory to analyze the nonlinear bending of functionally graded plates exposed to thermo-mechanical loadings, is presented. This recent theory is based on the assumption that the transverse displacements consist of bending and shear components in which the bending components do not contribute toward shear forces, and similarly, the shear components do not contribute toward bending moments. The derived transverse shear strains has a quadratic variation across the thickness that satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The material properties are assumed to vary continuously through the thickness of the plate according to a power-law distribution of the volume fraction of the constituents. The solutions are achieved by minimizing the total potential energy. The non-linear strain-displacement relations in the von Karman sense are used to derive the effect of geometric non-linearity. It is concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the nonlinear bending behavior of functionally graded plates.
In this article, wave propagation in functional gradation plates (FG) resting on an elastic foundation with two parameters is studied using a new quasi-three-dimensional (3D) higher shear deformation theory (HSDT). The new qausi-3D HSOT has only five variables in fields displacement, which means has few numbers of unknowns compared with others quasi-3D. This higher shear deformation theory (HSDT) includes shear deformation and effect stretching with satisfying the boundary conditions of zero traction on the surfaces of the FG plate without the need for shear correction factors. The FG plates are considered to rest on the Winkler layer, which is interconnected with a Pasternak shear layer. The properties of the material graded for the plates are supposed to vary smoothly, with the power and the exponential law, in the z-direction. By based on Hamilton's principle, we derive the governing equations of FG plates resting on an elastic foundation, which are then solved analytically to obtain the dispersion relations. Numerical results are presented in the form of graphs and tables to demonstrate the effectiveness of the current quasi-3D theory and to analyze the effect of the elastic foundation on wave propagation in FG plates.
Lemya Hanifi Hachemi Amar;Abdelhakim Kaci;Aicha Bessaim;Mohammed Sid Ahmed Houari;Abdelouahed Tounsi
Structural Engineering and Mechanics
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제89권3호
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pp.225-238
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2024
In this paper, a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory for the bending responses of a functionally graded (FG) porous micro-beam is based on a modified couple stress theory requiring only one material length scale parameter that can capture the size influence. The model proposed accounts for both shear and normal deformation effects through an illustrative variation of all displacements across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the micro-beam. The effective material properties of the functionally graded micro-beam are assumed to vary in the thickness direction and are estimated using the homogenization method of power law distribution, which is modified to approximate the porous material properties with even and uneven distributions of porosity phases. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's technique. The validity of the derived formulation is established by comparing it with the ones available in the literature. Numerical examples are presented to investigate the influences of the power law index, material length scale parameter, beam thickness, and shear and normal deformation effects on the mechanical characteristics of the FG micro-beam. The results demonstrate that the inclusion of the size effects increases the microbeams stiffness, which consequently leads to a reduction in deflections. In contrast, the shear and normal deformation effects are just the opposite.
Mohammed Houssem Eddine Guerine;Zakaria Belabed;Abdelouahed Tounsi;Sherain M.Y. Mohamed;Saad Althobaiti;Mahmoud M. Selim
Structural Engineering and Mechanics
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제91권1호
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pp.1-23
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2024
This paper formulates a new integral shear deformation shell theory to investigate the free vibration response of carbon nanotube (CNT) reinforced structures with only four independent variables, unlike existing shell theories, which invariably and implicitly induce a host of unknowns. This approach guarantees traction-free boundary conditions without shear correction factors, using a non-polynomial hyperbolic warping function for transverse shear deformation and stress. By introducing undetermined integral terms, it will be possible to derive the motion equations with a low order of differentiation, which can facilitate a closed-form solution in conjunction with Navier's procedure. The mechanical properties of the CNT reinforcements are modeled to vary smoothly and gradually through the thickness coordinate, exhibiting different distribution patterns. A comparison study is performed to prove the efficacy of the formulated shell theory via obtained results from existing literature. Further numerical investigations are current and comprehensive in detailing the effects of CNT distribution patterns, volume fractions, and geometrical configurations on the fundamental frequencies of CNT-reinforced nanocomposite shells present here. The current shell theory is assumed to serve as a potent conceptual framework for designing reinforced structures and assessing their mechanical behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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