International Journal of Aerospace System Engineering
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v.3
no.1
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pp.1-4
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2016
Functionally graded materials (FGMs) are becoming very popular in various industries due to their effectiveness of the utilization of their constituent elements. However, the modelling of these materials is difficult due to the complex nature of variation of material properties across the thickness. Many shear deformation theories have been developed and employed for the analysis of such functionally graded plates (FGPs). A recently developed inverse hyperbolic shear deformation theory has been successfully employed by Grover et al. [1] for the analysis of laminated composites and sandwich plates. The objective of the study is to obtain finite element solution for the structural analysis of functionally graded plates using inverse hyperbolic shear deformation theory. Finite element analysis facilitates the analysis of complex problems such as functionally graded plates with different boundary conditions and different loadings.
This study presents buckling analysis of a simply supported sandwich plate with functionally graded porous layers. In the kinematic relation of the plate, a hyperbolic shear displacement model is used. The governing equations of the problem are derived by using the principle of virtual work. In the solution of the governing equations, the Navier procedure is implemented. In the porosity effect, four different porosity types are used for functionally graded sandwich layers. In the numerical examples, the effects of the porosity parameters, porosity types and geometry parameters on the critical buckling of the functionally graded sandwich plates are investigated.
This paper presents a four-variable first-order shear deformation theory considering in-plane rotation of functionally graded plates. In recent studies, a simple first-order shear deformation theory was developed and extended to functionally graded plates. It has only four variables, separating the deflection into bending and shear parts, while the conventional first-order shear deformation theory has five variables. However, this simple first-order shear deformation theory only provides good predictions for simply supported plates since it does not consider in-plane rotation varying through the thickness of the plates. The present theory also has four variables, but considers the variation of in-plane rotation such that it is able to correctly predict the responses of the plates with any boundary conditions. Analytical solutions are obtained for rectangular plates with various boundary conditions. Comparative studies demonstrate the effects of in-plane rotation and the accuracy of the present theory in predicting the responses of functionally graded plates.
In this paper, an efficient and simple refined theory is presented for buckling analysis of functionally graded plates. The theory, which has strong similarity with classical plate theory in many aspects, 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 mechanical properties of functionally graded material are assumed to vary according to a power law distribution of the volume fraction of the constituents. Governing equations are derived from the principle of minimum total potential energy. The closed-form solutions of rectangular plates are obtained. Comparison studies are performed to verify the validity of present results. The effects of loading conditions and variations of power of functionally graded material, modulus ratio, aspect ratio, and thickness ratio on the critical buckling load of functionally graded plates are investigated and discussed.
Yahia, Sihame Ait;Atmane, Hassen Ait;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.6
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pp.1143-1165
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2015
In this work, various higher-order shear deformation plate theories for wave propagation in functionally graded plates are developed. Due to porosities, possibly occurring inside functionally graded materials (FGMs) during fabrication, it is therefore necessary to consider the wave propagation in plates having porosities in this study. The developed refined plate theories have fewer number of unknowns and equations of motion than the first-order shear deformation theory, but accounts for the transverse shear deformation effects without requiring shear correction factors. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the functionally graded plates with porosity phases. The governing equations of the wave propagation in the functionally graded plate are derived by employing the Hamilton's principle. The analytic dispersion relation of the functionally graded plate is obtained by solving an eigenvalue problem. The effects of the volume fraction distributions and porosity volume fraction on wave propagation of functionally graded plate are discussed in detail. The results carried out can be used in the ultrasonic inspection techniques and structural health monitoring.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Smain Bezzina;Abdelouahed Tounsi
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.3
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pp.373-384
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2023
The main objective of this research work is to present analytical solutions for the thermoelastic bending analysis of sandwich plates made of functionally graded materials with an arbitrary gradient. The governing equations of equilibrium are solved for a functionally graded sandwich plates under the effect of thermal loads. The transverse shear and normal strain and stress effects on thermoelastic bending of such sandwich plates are considered. Field equations for functionally graded sandwich plates whose deformations are governed by either the shear deformation theories or the classical theory are derived. Displacement functions that identically satisfy boundary conditions are used to reduce the governing equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical results for deflections and stresses of functionally graded metal-ceramic plates are investigated.
In this research the hygro-thermo-mechanical loading and micromechanical model effects on bending behavior of functionally graded material plates resting on Winkler and Pasternak elastic foundations, the higher order shear deformation theory is used here. The material properties of the plate: young's modulus, thermal coefficient and moisture expansion coefficient are assumed to be graded in the thickness direction according to various micromechanical models starting with the Voigt's model which is commonly used in most functionally graded plates studies to the Reuss's, LRVE's and Mori-Tanaka's models. The principle of virtual displacement is used to determine the equilibrium equations and the a several numerical results are given to validate the precision of the present method for bending behavior of FGM plates subjected to hygro-thermo-mechanical loading resting on elastic foundations. Afterwards, a parametric study is conducted to determine the effect of different parameters on the deflection of the FGM plates like micromechanical models, type of loading and plate geometry. In the lights of the present research, it can be concluded that the present theory is accurate and simple in predicting the deflection behavior of functionally graded plates under hygro-thermo-mechanical effects and micromechanical models.
In this article, an efficient and simple refined theory is proposed for buckling analysis of functionally graded plates by using a new displacement field which includes undetermined integral variables. This theory contains only four unknowns, with is even less than the first shear deformation theory (FSDT). Governing equations are obtained from the principle of virtual works. The closed-form solutions of rectangular plates are determined. Comparison studies are carried out to check the validity of obtained results. The influences of loading conditions and variations of power of functionally graded material, modulus ratio, aspect ratio, and thickness ratio on the critical buckling load of functionally graded plates are examined and discussed.
Saidi, Hayat;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbas Adda
Steel and Composite Structures
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v.15
no.2
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pp.221-245
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2013
This paper presents an analytical solution to the thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by using a new hyperbolic shear deformation theory in which the stretching effect is included. The modulus of elasticity of plates is assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The effects of functionally graded material (FGM) layer thickness, volume fraction index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are investigated.
In this research work, a simple and accurate hyperbolic plate theory for the buckling analysis of functionally graded sandwich plates is presented. The main interest of this theory is that, in addition to incorporating the thickness stretching effect (${\varepsilon}_z{\not=}0$), the displacement field is composed only of 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT), instead of 6 like in the well-known "higher order shear and normal deformation theories". Thus, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. Governing equations are obtained by employing the principle of minimum total potential energy. Comparison studies are performed to verify the validity of present results. A numerical investigation has been conducted considering and neglecting the thickness stretching effects on the buckling of sandwich plates with functionally graded skins. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the buckling response of sandwich plates with functionally graded skins.
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