A two new high-order shear deformation theory for bending analysis is presented for a simply supported, functionally graded plate with porosities resting on an elastic foundation. This porosities may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication, while material properties varying to a simple power-law distribution along the thickness direction. Unlike other theories, there are only four unknown functions involved, as compared to five in other shear deformation theories. The theories presented are variationally consistent and strongly similar to the classical plate theory in many aspects. It does not require the shear correction factor, and gives rise to the transverse shear stress variation so that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness to satisfy free surface conditions for the shear stress. It is established that the volume fraction of porosity significantly affect the mechanical behavior of thick function ally graded plates. The validity of the two new theories is shown by comparing the present results with other higher-order theories. The influence of material parameter, the volume fraction of porosity and the thickness ratio on the behavior mechanical P-FGM plate are represented by numerical examples.
This paper aims to present an analytical model to predict the static analysis of laminated reinforced composite plates subjected to sinusoidal and uniform loads by using a simple first-order shear deformation theory (SFSDT). The most important aspect of the present theory is that unlike the conventional FSDT, the proposed model contains only four unknown variables. This is due to the fact that the inplane displacement field is selected according to an undetermined integral component in order to reduce the number of unknowns. The governing differential equations are derived by employing the static version of principle of virtual work and solved by applying Navier's solution procedure. The non-dimensional displacements and stresses of simply supported antisymmetric cross-ply and angle-ply laminated plates are presented and compared with the exact 3D solutions and those computed using other plate theories to demonstrate the accuracy and efficiency of the present theory. It is found from these comparisons that the numerical results provided by the present model are in close agreement with those obtained by using the conventional FSDT.
In this study, a four-node quadrilateral partial mixed plate element with low degrees of freedom (dofs) is developed for static and free vibration analysis of functionally graded material (FGM) plates rested on Winkler-Pasternak elastic foundations. The formulation of the presented finite element model is based on a parametrized mixed variational principle which is developed recently by the first author. The presented finite element model considers the effects of shear deformations and normal flexibility of the FGM plates without using any shear correction factor. It also fulfills the boundary conditions of the transverse shear and normal stresses on the top and bottom surfaces of the plate. Beside these capabilities, the number of unknown field variables of the plate is only six. The presented partial mixed finite element model has been validated through comparison with the results of the three-dimensional (3D) theory of elasticity and the results obtained from the classical and high-order plate theories available in the open literature.
Alcover-Sanchez, R.;Soria, J.M.;Perez-Aracil, J.;Pereira, E.;Diez-Jimenez, E.
Smart Structures and Systems
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제29권3호
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pp.499-512
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2022
This work proposes a novel contactless vibration damping and thermal isolation tripod platform based on Superconducting Magnetic Levitation (SML). This prototype is suitable for cryogenic environments, where classical passive, semi active and active vibration isolation techniques may present tribological problems due to the low temperatures and/or cannot guarantee an enough thermal isolation. The levitating platform consists of a Superconducting Magnetic Levitation (SML) with inherent passive static stabilization. In addition, the use of Operational Modal Analysis (OMA) technique is proposed to characterize the transmissibility function from the baseplate to the platform. The OMA is based on the Stochastic Subspace Identification (SSI) by using the Expectation Maximization (EM) algorithm. This paper contributes to the use of SSI-EM for SML applications by proposing a step-by-step experimental methodology to process the measured data, which are obtained with different unknown excitations: ambient excitation and impulse excitation. Thus, the performance of SSI-EM for SML applications can be improved, providing a good estimation of the natural frequency and damping ratio without any controlled excitation, which is the main obstacle to use an experimental modal analysis in cryogenic environments. The dynamic response of the 510 g levitating platform has been characterized by means of OMA in a cryogenic, 77 K, and high vacuum, 1E-5 mbar, environment. The measured vertical and radial stiffness are 9872.4 N/m and 21329 N/m, respectively, whilst the measured vertical and radial damping values are 0.5278 Nm/s and 0.8938 Nm/s. The first natural frequency in vertical direction has been identified to be 27.39 Hz, whilst a value of 40.26 Hz was identified for the radial direction. The determined damping values for both modes are 0.46% and 0.53%, respectively.
This work investigates a thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by proposing a novel quasi-3D type higher order shear deformation theory (HSDT). The mathematical model introduces only 5 variables as the first order shear deformation theory (FSDT). Unlike the conventional HSDT, the present one presents a novel displacement field which includes undetermined integral variables. The mechanical properties of functionally graded layers of the plate are supposed to change in the thickness direction according to a power law distribution. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The governing equations for the thermomechanical bending investigation are obtained through the principle of virtual work and solved via Navier-type method. Interesting results are determined and compared with quasi-3D and 2D HSDTs. The influences of functionally graded material (FGM) layer thickness, power law index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are discussed.
Let consider the following problem: find an element u(t) in a Banach space U from the equation $$ x'(t) = Ax(t) + f(t,x(t)) + \Phi_0 u(t), 0 \leq t \leq T $$ with initial and terminal conditions $$ x(0) = 0, x(T) = \phi $$ in a Banach space X where $\phi \in D(A)$. This problem is a kind of control engineering inverse problem and contains nonlinear term, so that it is difficult and interesting. Thee proof main result in this paper is based on the Fredholm property of [1] in section 3. Similar considerations of linear system have been dealt with in many references. Among these literatures, Suzuki[5] introduced this problem for heat equation with unknown spatially-varing conductivity. Nakagiri and Yamamoto[2] considered the identifiability problem, which A is a unknown operator to be identified, where the system is described by a linear retarded functional differential equation. We can also apply to determining the magnitude of the control set for approximate controllability if X is a reflexive space, i.e., we can consider whether a dense subset of X is covered by reachable set in section 4.
This thesis aims to suggest the notion of the sublime as one of the common elements of contemporary plastic arts, as a new key for the reading of our visual environment. The concept of sublimity has been one of important categories in traditional aesthetics since the eighteenth century; beyond the domain of this tradition, however, it is rigorously investigated in sociology, literary criticism, visual art theory and post-structuralist philosophy, especially the investigation of post-modern conditions by Jean-Fran cois Lyotard. Jean-Fran cois Lyotard defines sublimity as the elemental feature of the late twentieth century visual arts based on post-structuralism and suggests the feeling of the sublime as dominant sensibility in post-modern society. According to Lyotard, the sublime is a contradictory feeling of pleasure mixed with suffering as in the theory of experimental avant-gardes; the post-modern sublimity is the feeling of suffering or agony when we feel in confronting the new and the unknown. The investigation of the sublime based on Lyotard's perspectives, therefore, is meaningful in decoding contemporary visual arts. This investigation, therefore, mainly deals with the post-modern concept of the sublime and contemporary visual arts viewed in the sublime.
This work investigates the effect of Winkler/Pasternak/Kerr foundation and porosity on dynamic behavior of FG plates using a simple quasi-3D hyperbolic theory. Four different patterns of porosity variations are considered in this study. The used quasi-3D hyperbolic theory is simple and easy to apply because it considers only four-unknown variables to determine the four coupled vibration responses (axial-shear-flexion-stretching). A detailed parametric study is established to evaluate the influences of gradient index, porosity parameter, stiffness of foundation parameters, mode numbers, and geometry on the natural frequencies of imperfect FG plates.
Mokhtar Nebab;Hassen Ait Atmane;Riadh Bennai;Mouloud Dahmane
Structural Engineering and Mechanics
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제90권1호
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pp.83-96
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2024
This paper suggests an analytical approach to investigate the free vibration and stability of functionally graded (FG) beams with both perfect and imperfect characteristics using a quasi-3D higher-order shear deformation theory (HSDT) with stretching effect. The study specifically focuses on FG beams resting on variable elastic foundations. In contrast to other shear deformation theories, this particular theory employs only four unknown functions instead of five. Moreover, this theory satisfies the boundary conditions of zero tension on the beam surfaces and facilitates hyperbolic distributions of transverse shear stresses without the necessity of shear correction factors. The elastic medium in consideration assumes the presence of two parameters, specifically Winkler-Pasternak foundations. The Winkler parameter exhibits variable variations in the longitudinal direction, including linear, parabolic, sinusoidal, cosine, exponential, and uniform, while the Pasternak parameter remains constant. The effective material characteristics of the functionally graded (FG) beam are assumed to follow a straightforward power-law distribution along the thickness direction. Additionally, the investigation of porosity includes the consideration of four different types of porosity distribution patterns, allowing for a comprehensive examination of its influence on the behavior of the beam. Using the virtual work principle, equations of motion are derived and solved analytically using Navier's method for simply supported FG beams. The accuracy is verified through comparisons with literature results. Parametric studies explore the impact of different parameters on free vibration and buckling behavior, demonstrating the theory's correctness and simplicity.
The Carrera Unified Formulation (CUF) is here extended to perform free-vibrational analyses of rotating structures. CUF is a hierarchical formulation, which enables one to obtain refined structural theories by writing the unknown displacement variables using generic functions of the cross-section coordinates (x, z). In this work, Taylor-like expansions are used. The increase of the theory order leads to three-dimensional solutions while, the classical beam models can be obtained as particular cases of the linear theory. The Finite Element technique is used to solve the weak form of the three-dimensional differential equations of motion in terms of "fundamental nuclei", whose forms do not depend on the adopted approximation. Including both gyroscopic and stiffening contributions, structures rotating about either transversal or longitudinal axis can be considered. In particular, the dynamic characteristics of thin-walled cylinders and composite blades are investigated to predict the frequency variations with the rotational speed. The results reveal that the present one-dimensional approach combines a significant accuracy with a very low computational cost compared with 2D and 3D solutions. The advantages are especially evident when deformable and composite structures are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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