This paper aims to investigate the transient vibration behavior of functionally graded carbon nanotube (FG-CNT) reinforced nanocomposite plate resting on Pasternak foundation under pulse excitation. The plate is considered to be composed of matrix material and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with distribution as per the functional grading concept. The functionally graded distribution patterns in nanocomposite plate are explained more appropriately with the layer-wise variation of carbon nanotubes weight fraction in the thickness coordinate. The layers are stacked up in such a way that it yields uniform and three other types of distribution patterns. The effective material properties of each layer in nanocomposite plate are obtained by modified Halpin-Tsai model and rule of mixtures. The governing equations of an illustrative case of simply-supported nanocomposite plate resting on the Pasternak foundation are derived from third order shear deformation theory and Navier's solution technique. A converge transient response of nanocompiste plate under uniformly distributed load with triangular pulse is obtained by varying number of layer in thickness direction. The validity and accuracy of the present model is also checked by comparing the results with those available in literature for isotropic case. Then, numerical examples are presented to highlight the effects of distribution patterns, foundation stiffness, carbon nanotube parameters and plate aspect ratio on the central deflection response. The results are extended with the consideration of proportional damping in the system and found that nanocomposite plate with distribution III have minimum settling time as compared to the other distributions.
The present study investigate the compressive stress, shear stress, tensile stress, vertical electrical displacement and horizontal electrical displacement induced due to a load moving with uniform velocity on the free rough surface of an irregular transversely isotropic functionally graded piezoelectric material (FGPM) substrate. The closed form expressions ofsaid induced stresses and electrical displacements for both electrically open condition and electrically short condition have been deduced. The influence of various affecting parameters viz. maximum depth of irregularity, irregularity factor, parameter of functionally gradedness, frictional coefficient of the rough upper surface, piezoelectricity/dielectricity on said induced stresses and electrical displacements have been examined through numerical computation and graphical illustration for both electrically open and short conditions. The comparative analysis on the influence of electrically open and short conditions as well as presence and absence of piezoelectricity on the induced stresses and induced electrical displacements due to a moving load serve as the salient features of the present study. Moreover, some important peculiarities have also been traced out by means of graphs.
This paper presents the semi-analytical development of the dynamic instability behavior and the dynamic response of functionally graded (FG) cylindrical shallow shell panel subjected to different type of periodic axial compression. First, in prebuckling analysis, the stresses distribution within the panels are determined for respective loading type and these stresses are used to study the dynamic instability behavior and the dynamic response. The prebuckling stresses within the shell panel are the same as applied in-plane edge loading for the case of uniform and linearly varying loadings. However, this is not true for the case of parabolic loadings. The parabolic edge loading produces all the stresses (${\sigma}_{xx}$, ${\sigma}_{yy}$ and ${\tau}_{xy}$) within the FG cylindrical panel. These stresses are evaluated by minimizing the membrane energy via Ritz method. Using these stresses the partial differential equations of FG cylindrical panel are formulated by applying Hamilton's principal assuming higher order shear deformation theory (HSDT) and von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ non-linearity. The non-linear governing partial differential equations are converted into a set of Mathieu-Hill equations via Galerkin's method. Bolotin method is adopted to trace the boundaries of instability regions. The linear and non-linear dynamic responses in stable and unstable region are plotted to know the characteristics of instability regions of FG cylindrical panel. Moreover, the non-linear frequency-amplitude responses are obtained using Incremental Harmonic Balance (IHB) method.
The influence of ground motions on the seismic response of utility tunnels was investigated. A series of small-scale shaking table model tests were carried out under uniform excitation in the transverse direction. Different peak accelerations of EL-Centro and Taft earthquake waves were applied. The acceleration responses, earth pressure, seismic strain, bending moment and structure deformations were measured and discussed. The results showed that the types of earthquake waves had significant influences on the soil-structure acceleration responses. However, the amplitude of the soil acceleration along the depth showed consistent variation regardless of the types of earthquake waves and tunnels. The horizontal soil pressure near the top and bottom slabs showed obviously larger values than those at other depths. In general, the strain response in the outer surface was more significant than that on the inner surface, and the peak strain in the end section of the model was larger than that in the middle section. Moreover, the bending moment at the corner points was much larger than that at middle point, and the bending moment was greatly affected by both input accelerations and seismic wave types. The opposite direction of shear deformation on the top and bottom slabs presented a rotation trend of the model structure.
Conditional spectra (CS) are applied to the seismic fragility assessment of a nuclear power plant (NPP) containment building for comparison with a relevant conventional uniform hazard response spectrum (UHRS). Three different control frequencies are considered in developing conditional spectra. The contribution of diverse magnitudes and epicentral distances is identified from deaggregation for the UHRS at a control frequency and incorporated into the conditional spectra. A total of 30 ground motion records are selected and scaled to simulate the probability distribution of each conditional spectra, respectively. A set of lumped mass stick models for the containment building are built considering nonlinear bending and shear deformation and uncertainty in modeling parameters using the Latin hypercube sampling technique. Incremental dynamic analysis is conducted for different seismic input models in order to estimate seismic fragility functions. The seismic fragility functions and high confidence of low probability of failure (HCLPF) are calculated for different seismic input models and analyzed comparatively.
The thermal eigenvalue responses of the graded sandwich shell structure are evaluated numerically under the variable thermal loadings considering the temperature-dependent properties. The polynomial type rule-based sandwich panel model is derived using higher-order type kinematics considering the shear deformation in the framework of the equivalent single-layer theory. The frequency values are computed through an own home-made computer code (MATLAB environment) prepared using the finite element type higher-order formulation. The sandwich face-sheets and the metal core are discretized via isoparametric quadrilateral Lagrangian element. The model convergence is checked by solving the similar type published numerical examples in the open domain and extended for the comparison of natural frequencies to have the final confirmation of the model accuracy. Also, the influence of each variable structural parameter, i.e. the curvature ratios, core-face thickness ratios, end-support conditions, the power-law indices and sandwich types (symmetrical and unsymmetrical) on the thermal frequencies of FG sandwich curved shell panel model. The solutions are helping to bring out the necessary influence of one or more parameters on the frequencies. The effects of individual and the combined parameters as well as the temperature profiles (uniform, linear and nonlinear) are examined through several numerical examples, which affect the structural strength/stiffness values. The present study may help in designing the future graded structures which are under the influence of the variable temperature loading.
Hashemi, Razieh;Mirzaei, Mostafa;Adlparvar, Mohammad R.
Advances in nano research
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제10권1호
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pp.43-57
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2021
In this study, thermally induced bifurcation buckling of shallow composite cylindrical panels reinforced with aligned single-walled carbon nanotubes is investigated. Distribution of carbon nanotubes across the thickness of the cylindrical panel as reinforcements may be either uniform or functionally graded. Thermo-mechanical properties of the matrix and reinforcements are considered to be temperature dependent. Properties of the cylindrical panel are obtained using a refined micromechanical approach which introduces the auxiliary parameters into the rule of mixtures. The governing equations are obtained by using the static version of the Hamilton principle based on the first-order shear deformation theory and considering the linear strain-displacement relation. An energy-based Ritz method and an iterative process are used to obtain the critical buckling temperature of composite cylindrical panel with temperature dependent material properties. In addition, the effect of various parameters such as the boundary conditions, different geometrical conditions, distribution pattern of CNTs across the thickness and their volume fraction are studied on the critical buckling temperature and buckled pattern of cylindrical panels. It is shown that FG-X type of CNT dispersion is the most influential type in thermal stability.
A two dimensional model of linearly elastic soil spring used for the settlement analysis of the flexible mat foundation is suggested in this study. The spring constants of the soils underneath the foundation were modeled assuming uniformly vertical load applied onto the foundation. The soil spring constants were back calculated using the three-dimensional finite element analysis with Midas GTS NX program. Variation of the soil spring constants was modeled as a two-dimensional polynomial function in terms of the normalized spatial distances between the center of foundation and the analytical points. The Lysmer's analog spring for soils underneath the rigid foundation was adopted and calibrated for the flexible foundation. For validations, the newly proposed soil spring model was incorporated into a two dimensional finite difference analysis for a square mat foundation at the surface of an elastic half-space consisting of soft clays. Comparative study was made for elastic soils where the shear wave velocity is 120~180 m/s and the Poisson's ratio varies at 0.3~0.5. The resulting foundation settlements from the two dimensional finite difference analysis with the proposed soil springs were found in good agreement with those obtained directly from three dimensional finite element analyses. Details of the applications and limitations of the modified Lysmer's analog springs were discussed in this study.
Bending and buckling analysis of multi-directional porous functionally graded sandwich plate has been performed for two cases namely: FG skin with homogeneous core and FG core with homogeneous skin. The principle of virtual displacements was employed and the solution was obtained using Navier's technique. This theory imposes traction-free boundary conditions on the surfaces and does not require shear correction factors. The validation of the present study has been performed with those available in the literature. The composition of metal-ceramic-based FGM changes in longitudinal and transverse directions according to the power law. Different porosity laws, such as uniform distribution, unevenly and logarithmically uneven distributions were used to mimic the imperfections in the functionally graded material that were introduced during the fabrication process. Several sandwich plates schemes were studied based on the plate's symmetry and the thickness of each layer. The effects of grading parameters and porosity laws on the bending and buckling of sandwich plates were examined.
Sharma, Shashi Kant;Kumar, K.V. Praveen;Akbar, M. Abdul;Rambabu, Dadi
Advances in materials Research
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제11권1호
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pp.59-73
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2022
In the construction industry, thin-walled frame elements with very slender open cross-sections and low torsional stiffness are often subjected to a complex loading condition where axial, bending, shear and torsional stresses are present simultaneously. Hence, these often fail in instability even before the yield capacity is reached. One of the most common instability conditions associated with thin-walled structures is Lateral Torsional Buckling (LTB). In this study, a first order Generalized Beam Theory (GBT) formulation and numerical analysis of cold-formed steel lipped channel beams (C80×40×10×1, C90×40×10×1, C100×40×10×1, C80×40×10×1.6, C90×40×10×1.6 and C100×40×10×1.6) subjected to uniform moment is carried out to predict pure Lateral Torsional Buckling (LTB). These results are compared with the Finite Element Analysis of the beams modelled with shell elements using ABAQUS and analytical results based on Euler's buckling formula. The mode wise deformed shape and modal participation factors are obtained for comparison of the responses along with the effect of varying the length of the beam from 2.5 m to 10 m. The deformed shapes of the beam for different modes and GBTUL plots are analyzed for comparative conclusions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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