The present paper develops application of third-order shear deformation theory (TSDT) and modified couple stress theory (MCST) to size-dependent bending analysis of a functionally graded cylindrical micro-shell. The radial and axial displacement components are described based on TSDT for more accurate analysis. The effect of small scales is accounted based on MCST. The principle of virtual work is used for derivation of bending governing equations. The solution is presented for a simply-supported boundary condition to account the influence of various important parameters such as micro length scale parameter, in-homogeneous index and some dimensionless geometric parameters such as length to radius and length to thickness ratios on the bending results. A comparative analysis is presented to examine the effect of order of employed shear deformation theory on the axial and radial displacements.
Tounsi, Abdelouahed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bessaim, Aicha
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.547-565
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2016
In this work a new 3-unknown non-polynomial shear deformation theory for the buckling and vibration analyses of functionally graded material (FGM) sandwich plates is presented. The present theory accounts for non-linear in plane displacement and constant transverse displacement through the plate thickness, complies with plate surface boundary conditions, and in this manner a shear correction factor is not required. The main advantage of this theory is that, in addition to including the shear deformation effect, the displacement field is modelled with only 3 unknowns as the case of the classical plate theory (CPT) and which is even less than the first order shear deformation theory (FSDT). The plate properties are assumed to vary according to a power law distribution of the volume fraction of the constituents. Equations of motion are derived from the Hamilton's principle. Analytical solutions of natural frequency and critical buckling load for functionally graded sandwich plates are obtained using the Navier solution. The results obtained for plate with various thickness ratios using the present non-polynomial plate theory are not only substantially more accurate than those obtained using the classical plate theory, but are almost comparable to those obtained using higher order theories with more number of unknown functions.
Mouffoki, Abderrahmane;Bedia, E.A. Adda;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Smart Structures and Systems
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v.20
no.3
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pp.369-383
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2017
In this work, the effects of moisture and temperature on free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanobeams resting on elastic foundation is studied by proposing a novel simple trigonometric shear deformation theory. The main advantage of this theory is that, in addition to including the shear deformation influence, the displacement field is modeled with only 2 unknowns as the case of the classical beam theory (CBT) and which is even less than the Timoshenko beam theory (TBT). Three types of environmental condition namely uniform, linear, and sinusoidal hygrothermal loading are studied. Material properties of FG beams are assumed to vary according to a power law distribution of the volume fraction of the constituents. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Numerical examples are presented to show the validity and accuracy of present shear deformation theories. The effects of hygro-thermal environments, power law index, nonlocality and elastic foundation on the free vibration responses of FG beams under hygro-thermal effect are investigated.
In this paper, buckling characteristics of nonhomogeneous functionally graded (FG) nanobeams embedded on elastic foundations are investigated based on third order shear deformation (Reddy) without using shear correction factors. Third-order shear deformation beam theory accounts for shear deformation effects by a parabolic variation of all displacements through the thickness, and verifies the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the FG nanobeam. A two parameters elastic foundation including the linear Winkler springs along with the Pasternak shear layer is in contact with beam in deformation, which acts in tension as well as in compression. The material properties of FG nanobeam are supposed to vary gradually along the thickness and are estimated through the power-law and Mori-Tanaka models. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. Nonlocal equations of motion are derived through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. Comparison between results of the present work and those available in literature shows the accuracy of this method. The obtained results are presented for the buckling analysis of the FG nanobeams such as the effects of foundation parameters, gradient index, nonlocal parameter and slenderness ratio in detail.
Bouremana, Mohammed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Kaci, Abdelhakim;Bedia, El Abbas Adda
Steel and Composite Structures
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v.15
no.5
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pp.467-479
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2013
In this paper, a new first-order shear deformation beam theory based on neutral surface position is developed for bending and free vibration analysis of functionally graded beams. The proposed theory is based on assumption that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments. The neutral surface position for a functionally graded beam which its material properties vary in the thickness direction is determined. Based on the present new first-order shear deformation beam theory and the neutral surface concept together with Hamilton's principle, the motion equations are derived. To examine accuracy of the present formulation, several comparison studies are investigated. Furthermore, the effects of different parameters of the beam on the bending and free vibration responses of functionally graded beam are discussed.
In this paper an efficient and simple refined shear deformation theory is presented for the free vibration of Functionally Graded Plates Under Various Boundary Conditions. The theory accounts for a quadratic variation of the transverse shear strains across the thickness, and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The number of independent unknowns of present theory is four, as against five in other shear deformation theories. The plates are considered of the type having two opposite sides simply-supported, and the two other sides having combinations of simply-supported, clamped, and free boundary conditions. The mechanical properties of functionally graded material are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. Equations of motion are derived using Hamilton's principle. The results of this theory are compared with those of other shear deformation theories. Various numerical results including the effect of boundary conditions, power-law index, plate aspect ratio, and side-to-thickness ratio on the free vibration of FGM plates are presented.
The aim of this study is to calculate natural frequencies and harmonic responses of cracked frames with general boundary conditions by using transfer matrix method (TMM). The TMM is a straightforward technique to obtain harmonic responses and natural frequencies of frame structures as the method is based on constructing a relationship between state vectors of two ends of structure by a chain multiplication procedure. A single variable shear deformation theory (SVSDT) is applied, as well as, Timoshenko beam theory (TBT) and Euler-Bernoulli beam theory (EBT) for comparison purposes. Firstly, free vibration analysis of intact and cracked frames are performed for different crack ratios using TMM. The crack is modelled by means of a linear rotational spring that divides frame members into segments. The results are verified by experimental data and finite element method (FEM) solutions. The harmonic response curves that represent resonant and anti-resonant frequencies directly are plotted for various crack lengths. It is seen that the TMM can be used effectively for harmonic response analysis of cracked frames as well as natural frequencies calculation. The results imply that the SVSDT is an efficient alternative for investigation of cracked frame vibrations especially with thick frame members. Moreover, EBT results can easily be obtained by ignoring shear deformation related terms from governing equation of motion of SVSDT.
Pour, Hasan Rahimi;Vossough, Hossein;Heydari, Mohammad Mehdi;Beygipoor, Gholamhossein;Azimzadeh, Alireza
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.6
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pp.1061-1073
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2015
This paper presents a nonlocal sinusoidal shear deformation beam theory (SDBT) for the nonlinear vibration of single walled carbon nanotubes (CNTs). The present model is capable of capturing both small scale effect and transverse shear deformation effects of CNTs, and does not require shear correction factors. The surrounding elastic medium is simulated based on Pasternak foundation. Based on the nonlocal differential constitutive relations of Eringen, the equations of motion of the CNTs are derived using Hamilton's principle. Differential quadrature method (DQM) for the natural frequency is presented for different boundary conditions, and the obtained results are compared with those predicted by the nonlocal Timoshenko beam theory (TBT). The effects of nonlocal parameter, boundary condition, aspect ratio on the frequency of CNTs are considered. The comparison firmly establishes that the present beam theory can accurately predict the vibration responses of CNTs.
In this article, an exact analytical solution for mechanical buckling analysis of symmetrically cross-ply laminated plates including curvature effects is presented. The equilibrium equations are derived according to the refined nth-order shear deformation theory. The present refined nth-order shear deformation theory is based on assumption that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments The most interesting feature of this theory is that it accounts for a parabolic variation of the transverse shear strains across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. Buckling of orthotropic laminates subjected to biaxial inplane is investigated. Using the Navier solution method, the differential equations have been solved analytically and the critical buckling loads presented in closed-form solutions. The sensitivity of critical buckling loads to the effects of curvature terms and other factors has been examined. The analysis is validated by comparing results with those in the literature.
This paper presents an improved 8-node shell element for the analysis of plates and shells. The finite element, based on a refined first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the different patterns of sampling points for interpolating different components of strains. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. Further, a refined first-order shear deformation theory, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains from the formulation based on the third-order shear deformation theory, is proposed. This formulation eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. Numerical examples demonstrate that the present element perform better in comparison with other shell elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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