Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.2
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pp.72-79
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2021
The present paper aims to set forth a two-dimensional theory for the dynamics of plates that is valid over a large range of excitation. To construct a dynamic plate theory within the long-wavelength approximation, two dimensional-reduction procedures must be used for analyzing the low- and high-frequency behaviors under the dynamic variational-asymptotic method. Moreover, a separate and logically independent step for the short-wavelength regime is introduced into the present approach to avoid violation of the positive definiteness of the derived energy functional and to facilitate qualitative description of the three-dimensional dispersion curve in the short-wavelength regime. Two examples are presented to demonstrate the capabilities and accuracy of all of the formulas derived herein by using various dispersion curves through comparison with the three-dimensional finite element method.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.6
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pp.474-482
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2016
A Kelvin foam plate - widely used in the energy and transport industries as a lightweight structural material - was examined to estimate its Young's modulus using ultrasound. An isotropic tetrakaidecahedron foam structure was designed in SolidWorks and printed using 3D printer with an ABS plastic material. The 3D printed foam structure was used to build a foam plate with a 14 mm thickness ($50mm{\times}100mm$ in size) for the ultrasonic test. The Kelvin foam plate, a significantly porous medium, was completely filled with paraffin wax to enable the ultrasound to penetrate through the porous medium. The acoustic wave velocity of the wax-filled Kelvin foam was measured using the time of flight (TOF) method. Furthermore, the elastic modulus of the Kelvin foam was estimated based on an elastic structural model developed in this study. The Young's modulus of the produced Kelvin foam was observed to be approximately 3.4% of the bulk value of the constituent material (ABS plastic). This finding is consistent with experimental and theoretical results reported by previous studies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.12
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pp.1356-1363
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2009
The aim of this research is to construct eigenfrequency optimization codes for plates with Arbitrary Rank Microstructures. From among noise factors, resonance sound is main reason for floor's solid noise. But, Resonance-elusion design codes are not fixed so far. Besides, The prediction of composite material's capability and an resonance elusion by controlling natural frequency of plate depend on designer's experiences. In this paper, First, using computer program with arbitrary rank microstructure, variation on composite material properties is studied, and then natural frequency control is performed by plate topology optimization method. The results of this study are as followed. 1) Programs that calculate material properties along it's microstructure composition and control natural frequency on composite material plate are coded by Homogenization and Topology Optimization method. and it is examined by example problem. 2) Equivalent material properties, calculated by program, are examined for natural frequency. In this paper, Suggested programs are coded using $Matlab^{TM}$, Feapmax and Feap Library with Homogenization and Topology Optimization method. and Adequacy of them is reviewed by performing the maximization or minimization of natural frequency for plates with isotropic or anisotropic materials. Since the programs has been designed for widely use. If the mechanism between composite material and other structural member is identified, extension application may be possible in field of structure maintenance, reinforcement etc. through application of composite material.
Elastic bending of imperfect functionally graded sandwich plates (FGSPs) laying on the Winkler-Pasternak foundation and subjected to sinusoidal loads is analyzed. The analyses have been established using the quasi-3D sinusoidal shear deformation model. In this theory, the number of unknowns is condensed to only five unknowns using integral-undefined terms without requiring any correction shear factor. Moreover, the current constituent material properties of the middle layer is considered homogeneous and isotropic. But those of the top and bottom face sheets of the graded porous sandwich plate (FGSP) are supposed to vary regularly and continuously in the direction of thickness according to the trigonometric volume fraction's model. The corresponding equilibrium equations of FGSPs with simply supported edges are derived via the static version of the Hamilton's principle. The differential equations of the system are resolved via Navier's method for various schemes of FGSPs. The current study examine the impact of the material index, porosity, side-to-thickness ratio, aspect ratio, and the Winkler-Pasternak foundation on the displacements, axial and shear stresses of the sandwich structure.
In this work, the bending and free vibration analysis of multilayered plates and shells is presented by utilizing a new higher order shear deformation theory (HSDT). The proposed involves only four unknowns, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and without requiring the shear correction coefficient. Unlike the conventional HSDTs, the present one presents a novel displacement field which incorporates undetermined integral variables. The equations of motion are derived by using the Hamilton's principle. These equations are then solved via Navier-type, closed form solutions. Bending and vibration results are found for cylindrical and spherical shells and plates for simply supported boundary conditions. Bending and vibration problems are treated as individual cases. Panels are subjected to sinusoidal, distributed and point loads. Results are presented for thick to thin as well as shallow and deep shells. The computed results are compared with the exact 3D elasticity theory and with several other conventional HSDTs. The proposed HSDT is found to be precise compared to other several existing ones for investigating the static and dynamic response of isotropic and multilayered composite shell and plate structures.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.5
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pp.61-71
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2007
Navier's and Finite element solutions based on the first-order shear deformation theory are presented for the analysis of through-thickness functionally graded plates and shells. The functionally graded materials are considered: a sigmoid function is utilized for the mechanical properties through the thickness of the isotropic structure which varies smoothly through the plate and shell thickness. The formulation of a nonlinear 9-node Element-based Lagrangian shell element is presented for the geometrically nonlinear analysis. Natural-coordinate-based strains are used in present shell element. Numerical results of the linear and nonlinear analysis are presented to show the effect of the different top/bottom elastic modulus, loading conditions, aspect ratios and side-to-thickness ratios on the mechanical behaviors. Besides, the result according to the variation of the power-law index of isotropic functionally graded structures is investigated.
Park, Soo-Chul;Park, Seol-Hyeon;Jung, Jong-An;Cha, Cheon-Seok;Yang, Yong-Jun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.688-695
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2017
Compared to metal, CFRP has excellent mechanical characteristics in terms of intensity, hardness, and heat resistance as well as its light weight that it is used widely in various fields. Therefore, this material has been used recently in the aerospace field. On the other hand, the material has shortcomings in terms of its extreme vulnerability to damage occurring internally from an external impact. This study examined the intensity up to its destruction from repeated use with the internal impact of a CFRP laminated plate that had also been exposed to external impact obtain design data for the external plate of aircraft used in the aerospace field. For the experimental method, regarding the quasi-isotopic type CFRP specimen and orthotropic CFRP specimen that are produced with a different layer structure, steel spheres with a diameter of 5 mm were collided to observe the resulting impact damage. Through a 3-point flexural fatigue experiment, the progress of internal layer separation and impact damage was observed. Measurements of the flexural fatigue strength after the flexural fatigue experiment until internal damage occurs and the surface impacted by the steel spheres revealed the quasi-isotopic layer structure to have a higher intensity for both cases.
It is difficult for civil engineer to apply composite materials of laminated type to structure for civil construction because of complicated theory although those have much merit. A simple method by which one can predict "exact" values of the natural frequency of vibration of laminated plates is presented. Many laminates with particular orientations have negligible values of $B_{16}$ and $B_{26}$ as the number of plies increases. Such laminates, with $D_{16}$ = $D_{26}$ ->0 can be solved by the same equation as for the special orthotropic laminates(1991,1995). If the quasi-isotrpic constants are used, It is possible to simplify analysis procedure since the equations for isotropic plates can be used. Use of some coefficients can produce "exact" values for laminates with such configuration. This coefficient, in fact, represents the effect of the anisotropy of the laminate. D. H. Kim proposed to use a correction factor, he developed, to produce "exact" solution out of the approximate solution obtained by using the quasi-isotropic constants(1995). In this paper, the fiber orienation studied is [$\alpha$/$\beta$/$\beta$/$\gamma$/$\alpha$/$\alpha$/$\beta$]r, with $\alpha$=-$\beta$, and $\gamma$${\gamma}$=$0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ and the above-mentioned method is used to obtain the natural frequencies of plates with such orientations, and detailed result is presented for the use of engineers.nted for the use of engineers.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.13-22
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2018
In this study, a governing differential equation for the bending problem of orthotropic rectangular plate is drived. It's exact solution for various boundary conditions is presented. This solution follows traditional method like Navier's solution or Levy's solution that transforms the governing differential equation into an algebraic equation by using trigonometric series. To obtain a solution by Levy's method, it is required that two opposite edges of the plate be simply supported. And the boundary conditions, for which the Navier's method is applicable, are simply supported edge at all edges. In this study, it overcomes the limitations of the previous Navier's and Levy's methods.This solution is applicable for any combination of boundary conditions with simply supported edge and clamped edge in x, y direction. The plate could be subjected to uniform, partially uniform, and line loads. The advantage of the solution is that it is the exact solution as well as it overcomes the limitations of the previous Navier's and Levy's methods. Calculations are presented for orthotropic plates with nonsymmetric boundary conditions. Comparisons between the result of this paper and the result of Navier, Levy and Szilard solutions are made for the isotropic plates. The deflections were in excellent agreement.
Nonlinear behavior of functionally graded material (FGM) plates under thermal loads is investigated here using an efficient sinusoidal shear deformation theory. The displacement field is chosen based on assumptions that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, and the shear components of in-plane displacements give rise to the sinusoidal distribution of transverse shear stress through the thickness in such a way that shear stresses vanish on the plate surfaces. Therefore, there is no need to use shear correction factor. Unlike the conventional sinusoidal shear deformation theory, the proposed efficient sinusoidal shear deformation theory contains only four unknowns. The material is graded in the thickness direction and a simple power law based on the rule of mixture is used to estimate the effective material properties. The neutral surface position for such FGM plates is determined and the sinusoidal shear deformation theory based on exact neutral surface position is employed here. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface-based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded plates based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. The non-linear strain-displacement relations are also taken into consideration. The thermal loads are assumed as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Closed-form solutions are presented to calculate the critical buckling temperature, which are useful for engineers in design. Numerical results are presented for the present efficient sinusoidal shear deformation theory, demonstrating its importance and accuracy in comparison to other theories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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