Parametric resonance of shear deformable composite skew plates subjected to non-uniform (parabolic) and linearly varying periodic edge loading is studied for different boundary conditions. The skew plate structural model is based on higher order shear deformation theory (HSDT), which accurately predicts the numerical results for thick skew plate. The total energy functional is derived for the skew plates from total potential energy and kinetic energy of the plate. The strain energy which is the part of total potential energy contains membrane energy, bending energy, additional bending energy due to additional change in curvature and shear energy due to shear deformation, respectively. The total energy functional is solved using Rayleigh-Ritz method in conjunction with boundary characteristics orthonormal polynomials (BCOPs) functions. The orthonormal polynomials are generated for unit square domain using Gram-Schmidt orthogonalization process. Bolotin method is followed to obtain the boundaries of parametric resonance region with higher order approximation. These boundaries are traced by the periodic solution of Mathieu-Hill equations with period T and 2T. Effect of various parameters like skew angle, span-to-thickness ratio, aspect ratio, boundary conditions, static load factor on parametric resonance of skew plate have been investigated. The investigation also includes influence of different types of linearly varying loading and parabolically varying bi-axial loading.
Karami, Behrouz;Shahsavari, Davood;Nazemosadat, Seyed Mohammad Reza;Li, Li;Ebrahimi, Arash
Steel and Composite Structures
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제29권3호
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pp.349-362
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2018
Thermal buckling behavior of porous functionally graded nanobeam integrated with piezoelectric sensor and actuator based on the nonlocal higher-order shear deformation beam theory is investigated for the first time. Its material properties are assumed to be temperature-dependent and varying along the thickness direction according to the modified power-law rule. Note that the porosity with even type is considered herein. The equations of motion are obtained through Hamilton's principle. The influences of several parameters (such as type of temperature distribution, external electric voltage, material composition, porosity, small-scale effect, Ker foundation parameters, and beam thickness) on the thermal buckling of FG nanobeam are investigated in detail.
본 연구에서는 적층 복합판의 충격 해석을 위하여 Reddy의 고차 전단 변형 이 론에 기초를 두고, 정적 압입 실험에 의한 접촉 법칙을 고려한 동적 유한 요소 해석 (dynamic finite element analysis)을 행하여 충격 실험에 의한 결과와 1차 전단변형 이론에 의한 해와 비교 검토하므로서, 그 유용성과 우수성을 입증하고, 적층 복합재의 충격 응력 및 응력파 전파 특성에 대하여 연구하고자 한다.
비등방성으로 적층된 복합판 및 쉘구조물에서 온도와 습도의 급격한 변화는 구조물의 강도와 성능을 저하시키는 중요한 원인이 된다. 더욱이 하중에 의한 역학적 변위와 조합될 때에는 좌굴, 대변형 혹은 고응력 상태를 유발하게 된다. 본 연구에서는 이중 퓨리에급수를 이용하여 3차의 전단변형함수로 가정된 평형방정석을 전개하고 폭-두께비, 형상비의 변화 그리고 재료의 성질에 따른 결과에 대하여 고찰하였다.
In the present paper, thermal buckling characteristics of functionally graded rectangular plates made of porous material that are integrated with surface-bonded piezoelectric actuators subjected to the combined action of thermal load and constant applied actuator voltage are investigated by utilizing a Navier solution method. The uniform temperature rise loading is considered. Thermomechanical material properties of FGM plates are assumed to be temperature independent and supposed to vary through thickness direction of the constituents according to power-law distribution (P-FGM) which is modified to approximate the porous material properties with even and uneven distributions of porosities phases. The governing differential equations of stability for the piezoelectric FGM plate are derived based on higher order shear deformation plate theory. Influences of several important parameters on the critical thermal buckling temperature are investigated and discussed in detail.
In this article, the static responses of layered magneto-electro-thermo-elastic (METE) plates in thermal environment have been investigated through FE methods. By using Reddy's third order shear deformation theory (TSDT) in association with the Hamilton's principle, the direct and derived quantities of the coupled system have been obtained. The coupled governing equations of METE plates have been derived through condensation technique. Three layered METE plates composed of piezoelectric and piezomagnetic phases are considered for evaluation. For investigating the correctness and accuracy, the results in this article are validated with previous researches. In addition, a special attention has been paid to evaluate the influence of different electro-magnetic boundary conditions and pyrocoupling on the coupled response of METE plates. Finally, the influence of stacking sequences, magnitude of temperature load and aspect ratio on the coupled static response of METE plates are investigated in detail.
본 연구에서는 복합재료로 구성된 복합적층판 및 쉘에 대하여 3차 전단 변형이론을 이용한 변위를 가정하여 단순지지 경계조건을 만족하는 변위형상함수를 퓨리예급수로 전개하고 동적 평형 방정식을 유도하여 뉴마크의 수치적분법을 사용하여 단면특성계수, 재료의 특성, 층의 배열에 따른 복합적층판 및 쉘의 비감쇄 동적응답특성을 연구하였다.
Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Zenkour, Ashraf M.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권2호
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pp.255-269
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2017
Free vibration analysis is presented for a simply-supported, functionally graded piezoelectric (FGP) nanobeam embedded on elastic foundation in the framework of third order parabolic shear deformation beam theory. Effective electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to be variable throughout the thickness based on power-law model. To incorporate the small size effects into the local model, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Analytical solution is implemented to solve the size-dependent buckling analysis of FGP nanobeams based upon a higher order shear deformation beam theory where coupled equations obtained using Hamilton's principle exist for such beams. Some numerical results for natural frequencies of the FGP nanobeams are prepared, which include the influences of elastic coefficients of foundation, electric voltage, material and geometrical parameters and mode number. This study is motivated by the absence of articles in the technical literature and provides beneficial results for accurate FGP structures design.
In this study the finite element method is utilized to predict the deflection and vibration characteristics of rectangular plates made of saturated porous functionally graded materials (PFGM) within the framework of the third order shear deformation plate theory. Material properties of PFGM plate are supposed to vary continuously along the thickness direction according to the power-law form and the porous plate is assumed of the form where pores are saturated with fluid. Various edge conditions of the plate are analyzed. The governing equations of motion are derived through energy method, using calculus of variations while the finite element model is derived based on the constitutive equation of the porous material. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling and finite element approach can provide accurate deflection and frequency results of the PFGM plates as compared to the previously published results in literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as porosity volume fraction, material distribution profile, mode number and boundary conditions on the natural frequencies and deflection of the PFGM plates in detail. It is explicitly shown that the deflection and vibration behaviour of porous FGM plates are significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FGM plates with porosity phases.
The free and forced nonlinear dynamic behaviors of Porous Functionally Graded Material (PFGM) plates are examined by means of a High-Order Implicit Algorithm (HOIA). The formulation is developed using the Third-order Shear Deformation Theory (TSDT). Unlike previous works, the formulation is written without resorting to any homogenization technique neither rule of mixture nor considering FGM as a laminated composite, and the distribution of the porosity is assumed to be gradually variable through the thickness of the PFGM plates. Using the Hamilton principle, we establish the governing equations of motion. The Finite Element Method (FEM) is used to compute approximations of the resulting equations; FEM is adopted using a four-node quadrilateral finite element with seven Degrees Of Freedom (DOF) per node. Nonlinear equations are solved by a HOIA. The accuracy and the performance of the proposed approach are verified by presenting comparisons with literature results for vibration natural frequencies and dynamic response of PFGM plates under external loading. The influences of porosity volume fraction, porosity distribution, slenderness ratio and other parameters on the vibrations of PFGM plate are explored. The results demonstrate the significant impact of different physical and geometrical parameters on the vibration behavior of the PFGM plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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