In this article, an analytical procedure is presented for static analysis of composite cylinders with the geometrically nonlinear behavior, and non-uniform thickness profiles under different loading conditions by considering moderately large deformation. The composite cylinder includes two inner and outer isotropic layers and one honeycomb core layer with adjustable Poisson's ratio. The Mirsky-Herman theory in conjunction with the von-Karman nonlinear theory is employed to extract the governing equations which are a system of nonlinear differential equations with variable coefficients. The governing equations are solved analytically using the matched asymptotic expansion (MAE) method of the perturbation technique and the effects of moderately large deformations are studied. The presented method obtains the results with fast convergence and high accuracy even in the regions near the boundaries. Highlights: • An analytical procedure based on the matched asymptotic expansion method is proposed for the static nonlinear analysis of composite cylindrical shells with a honeycomb core layer and non-uniform thickness. • The effect of moderately large deformation has been considered in the kinematic relations by assuming the nonlinear von Karman theory. • By conducting a parametric study, the effect of the honeycomb structure on the results is studied. • By adjusting the Poisson ratio, the effect of auxetic behavior on the nonlinear results is investigated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.546-552
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2000
Dynamic behavior of laminated composite plates undergoing moderately large deflection is investigated taking into account the viscoelastic behavior of material properties. Based on von Karman's non-linear deformation theory and Boltzmann's superposition principle, non-linear and hereditary type governing equations are derived. Finite element analysis and the method of multiple scales is applied to examine the effect of large amplitude on the dissipative nature of viscoelastic laminated plates.
This paper proposes a real-time technique for simulating large rotational deformations. Modal analysis based on a linear strain tensor has been shown to be suitable for real-time simulation, but is accurate only for moderately small deformations. In the present work, we identify the rotational component of an infinitesimal deformation, and extend linear modal analysis to track that component. We then develop a procedure to integrate the small rotations occurring al the nodal points. An interesting feature of our formulation is that it can implement both position and orientation constraints in a straightforward manner. These constraints can be used to interactively manipulate the shape of a deformable solid by dragging/twisting a set of nodes, Experiments show that the proposed technique runs in real-time even for a complex model, and that it can simulate large bending and/or twisting deformations with acceptable realism.
Shell structures are very interesting from the design point of view and these are well recognized in the scientific literature. In this paper the analysis of the buckling loads and stability paths of a sandwich conical shell with unsymmetrical faces under combined load based on the assumptions of moderately large deflections (geometrically nonlinear theory) is considered and elastic-plastic properties of the material of the faces are taken into considerations. External load is assumed to be two-parametrical one and it is assumed that the shell deforms into the plastic range before buckling. Constitutive relations in the analysis are those of the Nadai-Hencky deformation theory of plasticity and Prandtl-Reuss plastic flow theory with the H-M-H (Huber-Mises-Hencky) yield condition. The governing stability equations are obtained by strain energy approach and Ritz method is used to solve the equations with the help of analytical-numerical methods using computer.
Nonlinear thermoelastic static response characteristics of laminated composite conical panels are studied employing finite element approach based on first-order shear deformation theory and field consistency principle. The nonlinear governing equations, considering moderately large deformation, are solved using Newton-Raphson iterative technique coupled with the adaptive displacement control method to efficiently trace the equilibrium path. The validation of the formulation for mechanical and thermal loading cases is carried out. The present results are found to be in good agreement with those available in the literature. The adaptive displacement control method is found to be capable of handling problems with multiple snapping responses. Detailed parametric study is carried out to highlight the influence of semicone angle, boundary conditions, radius-to-thickness ratio and lamination scheme on the nonlinear thremoelastic response of laminated cylindrical and conical panels.
The presence of elevated temperature can alter significantly the structural response of fibre-reinforced laminated composites. A thermal environment causes degradation in both strength and constitutive properties, particularly in the case of fibre-reinforced polymeric composites. Furthermore, associated thermal expansion, either alone or in combination with mechanically induced deformation, can result in buckling, large deflections, and excessively high stress levels. Consequently, it is often imperative to consider environmental effects in the analysis and design of laminated systems. Exact analytical solutions of higher-order shear deformation theory is developed to study the thermal buckling of cross-ply and antisymmetric angle-ply rectangular plates. The buckling behavior of moderately thick cross-ply and antisymmetric angle-ply laminates that are simply supported and subject to a uniform temperature rise is analyzed. Numerical results are presented for fiber-reinforced laminates and show the effects of ply orientation, number of layers, plate thickness, and aspects ratio on the critical buckling temperature and compared with those obtained using the classical and first-order shear deformation theory.
This paper extends the use of the hierarchic degenerated shell element to geometric non-linear analysis of composite laminated skew plates by the p-version of the finite element method. For the geometric non-linear analysis, the total Lagrangian formulation is adopted with moderately large displacement and small strain being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The present model is based on equivalent-single layer laminate theory with the first order shear deformation including a shear correction factor of 5/6. The integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. A wide variety of linear and non-linear results obtained by the p-version finite element model are presented for the laminated skew plates as well as laminated square plates. A numerical analysis is made to illustrate the influence of the geometric non-linear effect on the transverse deflections and the stresses with respect to width/depth ratio (a/h), skew angle (${\beta}$), and stacking sequence of layers. The present results are in good agreement with the results in literatures.
Ghannadpour, S.A.M.;Shakeri, M.;Barvaj, A. Kurkaani
Steel and Composite Structures
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v.29
no.6
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pp.785-802
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2018
In this paper, two different computational methods, called Rayleigh-Ritz and collocation are developed to estimate the ultimate strength of composite plates. Progressive damage behavior of moderately thick composite laminated plates is studied under in-plane compressive load and uniform lateral pressure. The formulations of both methods are based on the concept of the principle of minimum potential energy. First order shear deformation theory and the assumption of large deflections are used to develop the equilibrium equations of laminated plates. Therefore, Newton-Raphson technique will be used to solve the obtained system of nonlinear algebraic equations. In Rayleigh-Ritz method, two degradation models called complete and region degradation models are used to estimate the degradation zone around the failure location. In the second method, a new energy based collocation technique is introduced in which the domain of the plate is discretized into the Legendre-Gauss-Lobatto points. In this new method, in addition to the two previous models, the new model named node degradation model will also be used in which the material properties of the area just around the failed node are reduced. To predict the failure location, Hashin failure criteria have been used and the corresponding material properties of the failed zone are reduced instantaneously. Approximation of the displacement fields is performed by suitable harmonic functions in the Rayleigh-Ritz method and by Legendre basis functions (LBFs) in the second method. Finally, the results will be calculated and discussions will be conducted on the methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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