본 연구에서는 적층복합 T형 보의 휨 해석을 위해 전단에 유연한 보 요소를 제안한다. 1차 전단변형 보 이론을 사용해 유도된 보 요소는 ? 전단변형과 재료의 비등방성 성질에 따른 모든 연계성을 고려한다. 지배방정식의 해를 구하기 위해 절점 당 7개의 자유도를 갖는 2절점, 3절점, 4절점의 세 가지 보 요소를 제안한다. 제안된 보 요소의 활용성과 정확성을 검증하기 위해 등분포하중과 집중하중을 받는 대칭 및 역대칭 앵글프라이 복합 T형 보에 대해 수치해석을 수행한다. 다른 적층순서에 대해 화이버 각과 전단변형의 영향을 조사한다. 적층 복합 T형 보의 휨 해석에 대해 3절점과 4절점 보 요소의 유효성을 입증하였다.
Mirzaei, Manouchehr Mohammad Hosseini;Arefi, Mohammad;Loghman, Abbas
Steel and Composite Structures
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제33권3호
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pp.463-472
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2019
Initial thermo-elastic and steady state creep deformation of a rotating functionally graded simple blade is studied using first-order shear deformation theory. A variable thickness model for cantilever beam has been considered. The blade geometry and loading are defined as functions of length so that one can define his own blade profile and loading using any arbitrary function. The blade is subjected to a transverse distributed load, an inertia body force due to rotation and a distributed temperature field due to a thermal gradient between the tip and the root. All mechanical and thermal properties except Poisson's ratio are assumed to be longitudinally variable based on the volume fraction of reinforcement. The creep behaviour is modelled by Norton's law. Considering creep strains in stress strain relation, Prandtl-Reuss relations, Norton' law and effective stress relation differential equation in term of effective creep strain is established. This differential equation is solved numerically. By effective creep strain, steady state stresses and deflections are obtained. It is concluded that reinforcement particle size and form of distribution of reinforcement has significant effect on the steady state creep behavior of the blade.
Abdelhak Mesbah;Zakaria Belabed;Khaled Amara;Abdelouahed Tounsi;Abdelmoumen A. Bousahla;Fouad Bourada
Structural Engineering and Mechanics
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제86권3호
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pp.291-309
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2023
This paper addresses the finite element modeling of functionally graded porous (FGP) beams for free vibration and buckling behaviour cases. The formulated finite element is based on simple and efficient higher order shear deformation theory. The key feature of this formulation is that it deals with Euler-Bernoulli beam theory with only three unknowns without requiring any shear correction factor. In fact, the presented two-noded beam element has three degrees of freedom per node, and the discrete model guarantees the interelement continuity by using both C0 and C1 continuities for the displacement field and its first derivative shape functions, respectively. The weak form of the governing equations is obtained from the Hamilton principle of FGP beams to generate the elementary stiffness, geometric, and mass matrices. By deploying the isoparametric coordinate system, the derived elementary matrices are computed using the Gauss quadrature rule. To overcome the shear-locking phenomenon, the reduced integration technique is used for the shear strain energy. Furthermore, the effect of porosity distribution patterns on the free vibration and buckling behaviours of porous functionally graded beams in various parameters is investigated. The obtained results extend and improve those predicted previously by alternative existing theories, in which significant parameters such as material distribution, geometrical configuration, boundary conditions, and porosity distributions are considered and discussed in detailed numerical comparisons. Determining the impacts of these parameters on natural frequencies and critical buckling loads play an essential role in the manufacturing process of such materials and their related mechanical modeling in aerospace, nuclear, civil, and other structures.
본 연구에서는 압축력을 받는 적층복합 I형 박벽보의 좌굴해석을 위한 전단변형을 고려한 유한요소 모델을 제안한다. 직교좌표계에 근거로 변위장은 1차 전단변형을 고려한 보 이론을 사용하여 정의된다. 유도된 요소는 휨 전단변형과 ? 비틂에 의한 영향을 고려한다. 지배방정식을 풀기 위하여 본 유한요소에서는 2절점, 3절점, 4절점의 세 가지 보요소를 제안하였다. 선형 좌굴문제를 풀기 위하여 이동기법을 의한 역방향 반복법을 사용하였다. 적층복합 I형 박벽보의 좌굴거동에 전단 유연성과 파이버 방향성의 중요도를 조사하기 위하여 매개변수 해석을 수행하였다. 본 연구의 전단변형을 고려한 모델은 다른 연구자의 수치해석 결과와 유한요소해에 잘 일치하는 것을 확인하였다.
Functionally graded material (FGM) illustrates a novel class of composites that consists of a graded pattern of material composition. FGM is engineered to have a continuously varying spatial composition profile. Current work focused on buckling analysis of beam made of stepwise linear and quadratic graded material in axial direction subjected to axial span-load with piecewise function and rested on shear layer based on classical beam theory. The various boundary and natural conditions including simply supported (S-S), pinned - clamped (P-C), axial hinge - pinned (AH-P), axial hinge - clamped (AH-C), pinned - shear hinge (P-SHH), pinned - shear force released (P-SHR), axial hinge - shear force released (AH-SHR) and axial hinge - shear hinge (AH-SHH) are considered. To the best of the author's knowledge, buckling behavior of this kind of Euler-Bernoulli beams has not been studied yet. The equilibrium differential equation is derived by minimizing total potential energy via variational calculus and solved analytically. The boundary conditions, natural conditions and deformation continuity at concentrated load insertion point are expressed in matrix form and nontrivial solution is employed to calculate first buckling loads and corresponding mode shapes. By increasing truncation order, the relative error reduction and convergence of solution are observed. Fast convergence and good compatibility with various conditions are advantages of the proposed method. A MATLAB code is provided in appendix to employ the numerical procedure based on proposed method.
The theory with hierarchical warping functions had been used to analyze composite thin-walled structure, laminated beam and had good results. In the present paper, a series of hierarchical warping functions are developed to analyze the cylindrical bending problems of composite lamina. These warping functions which refine through-the-thickness variation of displacements were composed of basic and corrective functions by taking into account of anisotropic, material discontinues, and transverse shear and normal strain. Then the hierarchical finite element method was used to form a numerical algorithm. The distribution of the displacements, in-plane stresses, transverse shear stresses and transverse normal stress for composite laminate were analyzed with the present model. The results show that the present model has precise mechanical response compared with the first deformation transverse theory and the corrective order affects the accuracy of result.
This article focused on studying the buckling behavior of two-dimensional functionally graded (2D-FG) nanosize tubes, including porosity based on first shear deformation and higher-order theory of tube. The nano-scale tube is simulated based on the nonlocal gradient strain theory, and the general equations and boundary conditions are derived using Hamilton's principle for the Zhang-Fu's tube model (as higher-order theory) and Timoshenko beam theory. Finally, the derived equations are solved using a numerical method for both simply-supported and clamped boundary conditions. The parametric study is performed to study the effects of different parameters such as axial and radial FG power indexes, porosity parameter, nonlocal gradient strain parameters on the buckling behavior of di-dimensional functionally graded porous tube.
Modified couple stress formulation and first order shear deformation theory are used for magneto-electro-elastic bending analysis of three-layered curved size-dependent beam subjected to mechanical, magnetic and electrical loads. The governing equations are derived using a displacement field including radial and transverse displacements of middle surface and a rotation component. Size dependency is accounted based on modified couple stress theory by employing a small scale parameter. The numerical results are presented to study the influence of small scale parameter, initial electric and magnetic potentials and opening angle on the magneto-electro-elastic bending results of curved micro beam.
Size-dependent free vibration responses and magneto-electro-elastic bending results of a three layers piezomagnetic curved beam rest on Pasternak's foundation are presented in this paper. The governing equations of motion are derived based on first-order shear deformation theory and nonlocal piezo-elasticity theory. The curved beam is containing a nanocore and two piezomagnetic face-sheets. The piezomagnetic layers are imposed to applied electric and magnetic potentials and transverse uniform loadings. The analytical results are presented for simply-supported curved beam to study influence of some parameters on vibration and bending results. The important parameters are spring and shear parameters of foundation, applied electric and magnetic potentials, nonlocal parameter and radius of curvature of curved beam. It is concluded that the increase in radius of curvature tends to an increase in the stiffness of curved beam and consequently natural frequencies increase and bending results decrease. In addition, it is concluded that with increase of nonlocal parameter of curved beam, the stiffness of structure is decreased that leads to decrease of natural frequency and increase of bending results.
In this study, free vibration analysis of an edge cracked multilayered symmetric sandwich beams made of functionally graded materials are investigated. Modelling of the cracked structure is based on the linear elastic fracture mechanics theory. Material properties of the functionally graded beams change in the thickness direction according to the power and exponential laws. To represent functionally graded symmetric sandwich beams more realistic, fifty layered beam is considered. Composition of each layer is different although each layer is isotropic and homogeneous. The considered problem is carried out within the Timoshenko first order shear deformation beam theory by using finite element method. A MATLAB code developed to calculate natural frequencies for clamped and simply supported conditions. The obtained results are compared with published studies and excellent agreement is observed. In the study, the effects of crack location, depth of the crack, power law index and slenderness ratio on the natural frequencies are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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