This paper investigates the free vibrations of cylindrical shells made of time-dependent materials for different viscoelastic models under various boundary conditions. During the extraction of equations, the displacement field is estimated through the first-order shear deformation theory taking into account the transverse normal strain effect. The constitutive equations follow Hooke's Law, and the kinematic relations are linear. The assumption of axisymmetric is included in the problem. The governing equations of thick viscoelastic cylindrical shell are determined for Maxwell, Kelvin-Voigt and the first and second types of Zener's models based on Hamilton's principle. The motion equations involve four coupled partial differential equations and an analytical method based on the elementary theory of differential equations is used for its solution. Relying on the results, the natural frequencies and mode shapes of viscoelastic shells are identified. Conducting a parametric study, we examine the effects of geometric and mechanical properties and boundary conditions, as well as the effect of transverse normal strain on natural frequencies. The results in this paper are compared against the results obtained from the finite elements analysis. The results suggest that solutions achieved from the two methods are ideally consistent in a special range.
In this paper, free vibration of Cooper-Naghdi micro sandwich cylindrical shell with saturated porous core and reinforced carbon nanotube (CNT) piezoelectric composite face sheets is investigated by using first order shear deformation theory (FSDT) and modified couple stress theory (MCST). The sandwich shell is subjected to magneto-thermo-mechanical loadings with temperature dependent material properties. Energy method and Hamilton's principle are used for deriving of the motion equations. The equations are solved by Navier's method. The results are compared with the obtained results by the other literatures. The effects of various parameters such as saturated porous distribution, geometry parameters, volume fraction and temperature change on the natural frequency of the micro-sandwich cylindrical shell are addressed. The obtained results reveal that the natural frequency of the micro sandwich cylindrical shell increases with increasing of the radius to thickness ratio, Skempton coefficient, the porosity of the core, and decreasing of the length to radius ratio and temperature change.
The purposes of the present work it to study the effect of shear deformation on the static post-buckling response of simply supported functionally graded (FGM) axisymmetric beams based on classical, first-order, and higher-order shear deformation theories. The behavior of postbuckling is introduced based on geometric nonlinearity. The material properties of functionally graded materials (FGM) are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The equations of motion and the boundary conditions derived using Hamilton's principle. This article compares and addresses the efficiency, the applicability, and the limits of classical models, higher order models (CLT, FSDT, and HSDT) for the static post-buckling response of an asymmetrically simply supported FGM beam. The amplitude of the static post-buckling obtained a solving the nonlinear governing equations. The results showing the variation of the maximum post-buckling amplitude with the applied axial load presented, for different theory and different parameters of material and geometry. In conclusion: The shear effect found to have a significant contribution to the post-buckling behaviors of axisymmetric beams. As well as the classical beam theory CBT, underestimate the shear effect compared to higher order shear deformation theories HSDT.
In this study, it is investigated the thermal post-buckling characteristics of step-formed FG panel under the heat and supersonic flow. Material properties are assumed to be temperature dependent as well as continuously varying in the thickness direction of the panel according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of the constituent. First-order shear deformation theory(FSDT) of plate is applied to model the panel, and the von Karman strain-displacement relations are adopted to consider the geometric nonlinearity due to large deformation. Also, the first-order piston theory is used to model the supersonic aerodynamic load acting on a panel. Numerical results are summarized to reveal the thermal post-buckling behaviors of FG panels with various volume fractions, temperature conditions and aerodynamic pressures in detail.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.3
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pp.261-267
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2014
The free vibration characteristics of cylindrical shells on inclined partial elastic foundations are investigated by an analytical method. The cylindrical shell is partially surrounded by the elastic foundations, these are represented by the Winkler or Pasternak model. The area of elastic foundation is not uniform and varies along the axial direction of the shell. The motion of shell is represented by first-order shear deformation theory(FSDT) to account for rotary inertia and transverse shear strains. The governing equation is obtained using the Rayleigh-Ritz method and a variation approach. To validate the present method, the numerical example is presented and compared with the present FEA results. The numerical results reveal that the elastic foundation has significant effect on vibration characteristics.
Arefi, Mohammad;Mohammadi, Masoud;Tabatabaeian, Ali;Dimitri, Rossana;Tornabene, Francesco
Steel and Composite Structures
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v.27
no.4
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pp.525-536
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2018
This paper focuses on the application of the first-order shear deformation theory (FSDT) to thermo-elastic static problems of functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) cylindrical pressure vessels. A symmetric displacement field is considered as unknown function along the longitudinal direction, whereas a linear distribution is assumed along the thickness direction. The cylindrical pressure vessels are subjected to an inner and outer pressure under a temperature increase. Different patterns of reinforcement are applied as distribution of CNTs. The effective material properties of FG-CNTRC cylindrical pressure vessels are measured based on the rule of mixture, whereas the governing equations of the problem are here derived through the principle of virtual works. A large parametric investigation studies the effect of some significant parameters, such as the pattern and volume fraction of CNTs, on the longitudinal distribution of deformation, strain and stress components, as useful tool for practical engineering applications.
Mirzaei, Manouchehr Mohammad Hosseini;Arefi, Mohammad;Loghman, Abbas
Steel and Composite Structures
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v.33
no.3
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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.
Sofiyev, Abdullah H.;Zerin, Zihni;Allahverdiev, Bilender P.;Hui, David;Turan, Ferruh;Erdem, Hakan
Steel and Composite Structures
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v.25
no.5
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pp.581-591
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2017
The dynamic instability of truncated conical shells subjected to dynamic axial load within first order shear deformation theory (FSDT) is examined. The conical shell is made from functionally graded (FG) orthotropic material. In the formulation of problem a dynamic version of Donnell's shell theory is used. The equations are converted to a Mathieu-Hill type differential equation employing Galerkin's method. The boundaries of main instability zones are found applying the method proposed by Bolotin. To verify these results, the results of other studies in the literature were compared. The influences of material gradient, orthotropy, as well as changing the geometric dimensions on the borders of the main areas of the instability are investigated.
Soleimani, Ahmad;Dastani, Kia;Hadi, Amin;Naei, Mohamad Hasan
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.517-534
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2019
In this paper, the effects of inevitable out-of-plane defects on the postbuckling behavior of single-layered graphene sheets (SLGSs) under in-plane loadings are investigated based on nonlocal first order shear deformation theory (FSDT) and von-Karman nonlinear model. A generic imperfection function, which takes the form of the products of hyperbolic and trigonometric functions, is employed to model out-of-plane defects as initial geometrical imperfections of SLGSs. Nonlinear equilibrium equations are derived from the principle of virtual work and variational formulation. The postbuckling equilibrium paths of imperfect graphene sheets (GSs) are presented by solving the governing equations via isogeometric analysis (IGA) and Newton-Raphson iterative method. Finally, the sensitivity of the postbuckling behavior of GS to shape, amplitude, extension on the surface, and location of initial imperfection is studied. Results showed that the small scale and initial imperfection effects on the postbuckling behavior of defective SLGS are important and cannot be ignored.
This study investigates the wave propagation in porous functionally graded (FG) sandwich plates subjected to hygrothermal environments. A new simple three-unknown first-ordershear deformation theory (FSDT) incorporating an integral term is utilized in this paper. Only three unknowns are used to formulate the governing differential equation by applying the Hamilton principle. The FG layer of the sandwich plate is modeled using the power-law function with evenly distributed porosities to represent the defects of the manufacturing process. The plate is subjected to nonlinear hygrothermal changes across the thickness. The effects of the power-law exponent, core to thickness ratios, porosity volume, and the relations between volume fraction and wave properties of porous FG plate under the hygrothermal environment are investigated. The results showed that the waves' phase velocities increase linearly with the waves number in the FGM plate. The porosity of the FG materials plate has a noticeable impact on the phase velocity when considering the high ratios of the core layer. It has a negligible effect on small core layers. Finally, it is observed that changing temperatures and moistures do not influence the relationship between the power law and the phase velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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