쉘 구조물은 지붕 구조물, 굴뚝 구조물, 압력구조물, 선박구조물, 항공구조물 등에 널리 사용되는 구조물이다. 본 논문은 전단변형 효과를 고려한 비등방성 복합성층 원뿔형 쉘의 자유진동에 관하여 연구하였다. 복합재료는 2개 또는 이상의 재료들로 구성되어 구조적인 효율성을 증진시키도록 구성된 재료이다. 이러한 복합재료로 구성된 구조물의 거동은 매우 복잡하기 때문에 해석해를 구하기가 거의 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복합재료로 구성된 원뿔형 쉘의 자유진동을 해결하는데 유한차분법을 사용하였다. 중심각, 정점각 및 다른 기하학적 파라미터의 진동에 대한 효과를 연구하였고, 진동모드 형상을 예시함으로서 진동모드에 관한 물리적 및 공학적인 이해를 증진시키고자 하였다.
The determination of the natural frequencies and mode shapes for thin conical shell is an important step not only in the investigation of the dynamic response of the composite structures such as missile cone, mose firings, but also in the analysis of the acoustic behavior of bells. A Rayleigh-Ritz procedure was used to determine the natural frequencies for a certain class of mode shapes of a thin conical shell built in on the edge with the smaller radius and free on the other edge. Both bending and extensional energy are included in the analysis. This paper described the experiments on the two natural frequencies which are present in association with two preferential modal directions, as a result of imperfection of the thin conical shell. Experimental work was conducted on two different bronze conical shells. One of these was specially designed to the effects of the adding distributed mass to the end of the conical shell. The other shells were identical in all dimensions except that of the thickness to the end of the conical shell. In this paper, the effect of a adding mass to a conical shell was investigated. Experimental result was that the magnitude of the natural frequency rate and the increase of depth of beat frequency depend upon the location of adding lumped mass on the surface of the conical shell.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제8권2호
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pp.82-88
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2007
Thermal Buckling and free vibration analyses of multi-layered composite conical shells based on a layerwise displacement theory are performed. The Donnell's displacement-strain relationships of conical shell structure are applied. The natural frequencies are compared with the ones existing in the previous literature for laminated conical shells with several cone semi-vertex angles. Moreover, the thermal buckling behaviors of the laminated conical shell are investigated to consider the effect of the semi-vertex angle, subtended angle, and radius to thickness ratio on the structural stability.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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제35권6호
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pp.765-777
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2020
In the context of classic conical shell formulation, nonlinear forced vibration analysis of truncated conical shells and annular plates made of multi-scale epoxy/CNT/fiberglass composites has been presented. The composite material is reinforced by carbon nanotube (CNT) and also fiberglass for which the material properties are defined according to a 3D Mori-Tanaka micromechanical scheme. By utilizing the Jacobi elliptic functions, the frequency-deflection curves of truncated conical shells and annular plates related to their forced vibrations have been derived. The main focus is to study the influences of CNT amount, fiberglass volume, open angle, fiber angle, truncated distance and force magnitude on forced vibrational behaviors of multi-scale truncated conical shells and annular plates.
Naderi, Ali-Asghar;Rahimi, Gholam-Hossein;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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제16권4호
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pp.375-387
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2014
The purpose of this paper is to propose a method for evaluation of varying stiffness coefficients of tailored conical shells (TCS). Furthermore, a comparison between buckling loads of these shells under axial load with the different fiber path is performed. A circular truncated conical shell subjected to axial compression is taken into account. Three different theoretical path containing geodesic path, constant curvature path and constant angle path has been considered to describe the angle variation along the cone length, along cone generator of a conical shell are offered. In the TCS with the arbitrary fiber path, the thickness and the ply orientation are assumed to be functions of the shell coordinates and influencing stiffness coefficients of the structure. The stiffness coefficients and the buckling loads of shells are calculated basing on classical shells theory (CST) and using finite-element analysis (FEA) software. The obtained results for TCS with arbitrary fiber path, thickness and ply orientation are derived as functions of shell longitudinal coordinate and influencing stiffness coefficients of structures. Furthermore, the buckling loads based on fiber path and ply orientation at the start of tailored fiber get to be different. The extent of difference for tailored fiber with start angle lower than 20 degrees is not significant. The results in this paper show that using tailored fiber placement could be applied for producing conical shells in order to have greater buckling strengths and lower weight. This work demonstrates the use of fiber path definitions for calculated stiffness coefficients and buckling loads of conical shells.
In this paper free linear vibration of lattice composite conical shells will be investigated. Lattice composite conical shell consists of composite helical ribs and thin outer skin. A smeared method is employed to obtain the variable coefficients of stiffness of conical shell. The ribs are modeled as a beam and in addition to the axial loads, endure shear loads and bending moments. Therefore, theoretical formulations are based on first-order shear deformation theory of shell. For verification of the obtained results, comparison is made with those available in open literature. Also, using FEM software the 3D finite element model of composite lattice conical shell is built and analyzed. Comparing results of analytical and numerical analyses show a good agreement between them. Some special cases as variation of geometric parameters of lattice part, effect of the boundary conditions and influence of the circumferential wave numbers on the natural frequencies of the conical shell are studied. It is concluded, when mass and the geometrical ratio of the composite lattice conical shell do not change, increment the semi vertex angle of cone leads to increase the natural frequencies. Moreover for shell thicknesses greater than a specific value, the presence of the lattice structure has not significant effect on the natural frequencies. The obtained results have novelty and can be used for further and future researches.
In this study, open conical shells with ring and stringers are analyzed A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of conical shell structures is used and 3-D beam element is used for stiffeners. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types(beam element) of finite elements. Optimum location and optimum section properties of ring and stinger are obtained. It is shown thai the thickness of conical shell can be reduced about $20\~50\%$ by appropriate location of stiffeners.
In this study, composite laminated conical shells with ring stiffeners are analyzed. A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of conical shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types(beam element) of Optimum location and optimum section properties of ring stiffeners are obtained. It is shown that the thickness of conical shell is reduced about 20% by optimum ring stiffeners.
Notwithstanding a considerable body of references in the literature on the buckling response of conical shell structures, it seems imperative to provide further insight on the buckling response of locally imperfect steel cones. This paper contains different simulations including non-linear FE analysis and discusses the influence of dent imperfection on the buckling load of these structures subject to external pressure. Data of the present work are evaluated against available experimental results, codes and recommendations and the effect of the local damages is exhaustively set forth. It is also found that the employed FE program can reliably predict the structural response of locally damaged conical shells.
Various finite elements have been studied and developed to analyze a variety of structures in the finite element method(FEM). The transfer stiffness coefficient method(TSCM) is an effective algorithm for structural analysis but the structures which can be applied were limited. In this paper, a computational algorithm for the structural analysis of axisymmetric conical shells under axisymmetric loading is formulated using the finite element-transfer stiffness coefficient method(FE-TSCM). The basic concept of FE-TSCM is the combination of the modeling technique of FEM and the transfer technique of TSCM. The FE-TSCM has all the advantages of both FEM and TSCM. After carrying out the structural analysis of axisymmetric conical shells using FEM, FE-TSCM, and analytical method we compare the computational results of FE-TSCM with those of the other methods in terms of computational accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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