The impact behaviour and the impact-induced damage in laminated composite cylindrical shell subjected to transverse impact by a foreign object are studied using three-dimensional non-linear transient dynamic finite element formulation. A layered version of 20 noded hexahedral element incorporating geometrical non-linearity is developed based on total Langragian approach. Non-linear system of equations resulting from non-linear strain displacement relation and non-linear contact loading are solved using Newton-Raphson incremental-iterative method. Some example problems of graphite/epoxy cylindrical shell panels are considered with variation of impactor and laminate parameters and influence of geometrical non-linear effect on the impact response and the resulting damage is investigated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.4
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pp.27-35
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1991
This paper presents a numerical analysis procedure and a characteristics for vibration and buckling of the cylinderical panels. The panels with simply-simply or simply-clamped edge supports are subjectes to circumferential compressive or flexural stresses. The differential equations governing vibration and buckling for these panels are derived by using the fundamental differential equation of the Love-Timoshenko and are solved numerically via the Galerkin method. The panel with simply-clamped edge supports is used a trigonometric function or a eigen function of a beam as a trial function and the effects of trial functions on numerical solutions are displayed. Numerical results are presented to demonstrate the effects of the flexural parameters in natural frequencies and coefficients of critical buckling and some typical mode shapes of vibration and buckling are also presented.
A liquid storage rectangular tank structures are used in many fields of civil, mechanical and marine engineering. Especially, Ship structures have many tanks in contact with inner or outer fluid, like ballast, fuel and cargo tanks. Fatigue damages are sometimes observed in these tanks which seem to be caused by resonance with exciting force of engine and propeller. Vibration characteristics of these thin walled tanks in contact with fluid near engine propeller are strongly affected by added mass of containing fluid. Therefore it is essentially important to estimate the added mass effect to predict vibration of the tank structures. Many authors have studied vibration of cylindrical and rectangular tanks structures containing fluid. Few research on dynamic interaction among tank walls through fluid are reported in the vibration of rectangular tanks recently. In case of rectangular tanks, structural coupling between adjacent panels and effect of vibration modes of multiple panels on added mass have to be considered. In the present paper, coupling effect between panels of tank structure on added mass of containing fluid, the effect of structural constraint between panels on each vibration mode for fluid region have investigated numerically and experimentally.
A relatively simple two-dimensional multilayered shell model is presented for predicting both global quantities and stress distributions across the thickness of multilayered thick shells, that is based on a third-order zig-zag approach. As for any zig-zag model, the layerwise kinematics is accounted for, with the stress continuity conditions at interfaces met a priori. Moreover, the shell model satisfies the zero transverse shear stress conditions at the upper and lower free surfaces of the shell, irrespective of the lay-up. By changing the parameters in the displacement model, some higher order shell models are obtained as particular cases. Although it potentially has a wide range of validity, application is limited to cylindrical shell panels in cylindrical bending, a lot of solutions of two-dimensional models based on rather different simplyfying assumptions and the exact three-dimensional elasticity solution being available for comparisons for this benchmark problem. The numerical investigation performed by the present shell model and by the shell models derived from it illustrates the effects of transverse shear modeling and the range of applicability of the simplyfying assumptions introduced. The implications of retaining only selected terms depending on the radius-to-thickness ratio are focused by comparing the present solutions to the exact one and to other two-dimensional solutions in literature based on rather different simplyfying assumptions.
Sharma, Nitin;Mahapatra, Trupti R.;Panda, Subrata K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.1
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pp.93-107
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2017
The article presents the vibration and acoustic responses of un-baffled doubly curved laminated composite panel structure under the excitation of a harmonic point load. The structural responses are obtained using a simulation model via ANSYS including the effect various geometries (cylindrical, elliptical, spherical and hyperboloid). Initially, the model has been established by solving adequate number of available examples to show the convergence and comparison behaviour of the natural frequencies. Further, the acoustic responses are obtained using an indirect boundary element approach for the coupled fluid-structure analysis in LMS Virtual.lab by importing the natural frequency values. Subsequently, the values for the sound power level are computed using the present numerical model and compared with that of the available published results and in-house experimentally obtained data. Further, the acoustic responses (mean-square velocity, radiation efficiency and sound power level) of the doubly curved layered structures are evaluated using the current simulation model via several numerical experimentations for different structural parameters and corresponding discussions are provided in detail.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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v.36
no.1
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pp.63-74
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2020
The present research investigates post-buckling behavior of geometrically imperfect tapered curved micro-panels made of graphene oxide powder (GOP) reinforced composite. Micro-scale effects on the panel structure have been included based on strain gradient elasticity. Micro-panel is considered to be tapered based on thickness variation along longitudinal direction. Weight fractions of uniformly and linearly distributed GOPs are included in material properties based on Halpin-Tsai homogenization scheme considering. Post-buckling curves have been determined based on both perfect and imperfect micro-panel assumptions. It is found that post-buckling curves are varying with the changes of GOPs weight fraction, geometric imperfection, GOP distribution type, variable thickness parameters, panel curvature radius and strain gradient.
This study presents a static analysis of thin shallow cylindrical and spherical panels, as well as plates (which are a special case of shells), under Levy-type mixed boundary conditions and various loading conditions. The study utilizes the boundary discontinuous double Fourier series method, where displacements are expressed as trigonometric functions, to analyze the system of partial differential equations. The panels are subjected to a simply supported type 3 (SS3) boundary condition on two opposite edges, while the remaining two edges are subjected to clamped type 3 (C3) boundary conditions. The study presents comprehensive tabular and graphical results that demonstrate the effects of curvature on the deflections and moments of thin shallow shells made from symmetric and antisymmetric cross-ply laminated composites, as well as isotropic steel materials. The proposed model is validated through comparison with existing literature, and the convergence characteristics are demonstrated. The changing trends of displacements and moments are explained in detail by investigating the effect of various parameters, such as stacking lamination, material types, curvature, and loading conditions.
The goal of this study is to fill this apparent gap in the area about vibration analysis of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) curved panels by providing 3-D vibration analysis results for functionally graded multiwalled carbon nanotubes (FG-MWCNTs) sandwich structure with power-law distribution of nanotube. The effective material properties of the FG-MWCNT structures are estimated using a modified Halpin-Tsai equation. Modified Halpin-Tsai equation was used to evaluate the Young's modulus of MWCNT/epoxy composite samples by the incorporation of an orientation as well as an exponential shape factor in the equation. The exponential shape factor modifies the Halpin-Tsai equation from expressing a straight line to a nonlinear one in the MWCNTs wt% range considered. Also, the mass density and Poisson's ratio of the MWCNT/phenolic composite are considered based on the rule of mixtures. Parametric studies are carried out to highlight the influence of MWCNT volume fraction in the thickness, different types of CNT distribution, boundary conditions and geometrical parameters on vibrational behavior of FG-MWCNT thick curved panels. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary conditions including Free, Simply supported and Clamped at the curved edges. For an overall comprehension on 3-D vibration analysis of sandwich panel, some mode shape contour plots are reported in this research work.
Here, the dynamic response characteristics of thick cross-ply laminated composite cylindrical shells are studied using a higher-order displacement model. The formulation accounts for the nonlinear variation of the in-plane and transverse displacements through the thickness, and abrupt discontinuity in slope of the in-plane displacements at any interface. The effect of inplane and rotary inertia terms is included. The analysis is carried out using finite element approach. The influences of various terms in the higher-order displacement field on the free vibrations, and transient dynamic response characteristics of cylindrical composite shells subjected to thermal and mechanical loads are analyzed.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.2
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pp.10-15
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2006
The optimal design for stiffened laminated composite cylindrical panels under axial compression was studied using linear and nonlinear deformation theories by finite difference energy methods. Various panel structures was made from Carbon/Epoxy USN125 prepreg and considered 3 types stiffeners. Optimal design analyses of panel structure are carried out by the nonlinear search optimizer, ADS. This optimal design results are compared to the FEM result using ANSYS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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