In the present research, dynamic deflections of a sandwich beam having functionally graded (FG) porous core have been investigated assuming that the sandwich beam is exposed to a pulse load of blast type. The two layers of sandwich beam have been made of a polymeric matrix reinforced by graphene oxide powder (GOP). The micromechanical formulation of the layers has been done via Halpin-Tsai model. The solution method is chosen to be Ritz method which is an efficient method to solve the system of equations of beams modeled based on a higher-order theory. To derive the time history of sandwich beam under pulse load, Laplace method has been used. The porosity content of the core, the GOP content of the layers, thickness of the layer and also duration of the applied load have great influences of the responses of sandwich beam.
The stochastic vibration response of the sandwich beam with the nonlinear adjustable visco-elastomer core and supported mass under stochastic support motion excitations is studied. The nonlinear dynamic properties of the visco-elastomer core are considered. The nonlinear partial differential equations for the horizontal and vertical coupling motions of the sandwich beam are derived. An analytical solution method for the stochastic vibration response of the nonlinear sandwich beam is developed. The nonlinear partial differential equations are converted into the nonlinear ordinary differential equations representing the nonlinear stochastic multi-degree-of-freedom system by using the Galerkin method. The nonlinear stochastic system is converted further into the equivalent quasi-linear system by using the statistic linearization method. The frequency-response function, response spectral density and mean square response expressions of the nonlinear sandwich beam are obtained. Numerical results are given to illustrate new stochastic vibration response characteristics and response reduction capability of the sandwich beam with the nonlinear visco-elastomer core and supported mass under stochastic support motion excitations. The influences of geometric and physical parameters on the stochastic response of the nonlinear sandwich beam are discussed, and the numerical results of the nonlinear sandwich beam are compared with those of the sandwich beam with linear visco-elastomer core.
Hakim Bentrar;Sidi Mohammed Chorfi;Sid Ahmed Belalia;Abdelouahed Tounsi;Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie
Structural Engineering and Mechanics
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제88권6호
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pp.551-567
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2023
In this work, the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates with porosity is conducted using the p-version of the finite element method (FEM), which is based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The sandwich plate consists of two face-sheet layers of FGM and a homogeneous core layer. The obtained results are validated using convergence and comparison studies with previously published results. Five porosities distribution models of FGM sandwich plates are assumed and analyzed. The effect of the thickness ratio, boundary conditions, volume fraction exponents, and porosity coefficients of the top and bottom layers of FGM sandwich plates on the natural frequency are addressed.
To evaluate the marginal leakage in Class V cavity this study has been undertaken to compare the sandwich technique with the conventional method, and find out the effect of lining material, lining method, and polishing time on sandwich technique. Ninty extracted teeth were divided into eight test groups and a control group, and were prepared with a buccal Class V cavity. Four test groups were lined with Dentin Cement whereas the other four test groups were lined with Vitrabond. Half of the either group were lined 0.5mm short of the carvosurface margin and the rest were lined completely to the carvosurface margin. The four subgroups were further divided into specimens which were polished immediately and 24 hours after resin filling. The polished specimens were immersed in $37^{\circ}C$, 0.5% methylene blue solution for 24 hous after thermocycling at $5^{\circ}C$ and $55^{\circ}C$, 200 times and buccolingually sectioned. The sectioned specimens were examined dye penetration under the light microscope. The following results were obtained, 1. At the enamel margin, the conventional method showed a lower microleakage than the sandwich technique. The difference between the control and Vitrabond group was statistically significant(P<0.05), but no difference between the control and Dentin Cement group, and between the lining materials was observed. 2. At the dentinal margin, the sandwich technique showed a significant lower amount of microleakage (P<0.05), but there was no significant difference between the lining materials. 3. Regardless of the lining material, lining method, and polishing time used, values of microleakage were significantly higher at the dentinal margin compared to the enamel margin(P<0.05). 4. In specimens till the cavosurface margin, microleakage at the dentinal margin was less with the light-cured base than with the chemically-cured base, but there was no siginificantly difference between the lining materials regarding the lining method and polishing time. 5. The lining material, lining method, and polishing time did not affect the amount of micro leakage in the sandwich technique(P<0.05).
The vibration of elastically supported bidirectional functionally graded (BDFG) sandwich beams on an elastic foundation is investigated. The sandwich structure is composed of upper and lower layers of BDFG material and the core layer of isotropic material. Material properties of upper and lower layers are assumed to vary continuously along the length and thickness of the beam with a power-law function. Hamilton's principle is used to deduce the vibration equations of motion of the sandwich Timoshenko beam. Then, the partial differential equation of motion is spatially discretized into a time-varying ordinary differential equation in terms of Chebyshev differential matrices. The eigenvalue equation associated with the free vibration is formulated to study the influence of various slenderness ratios, material gradient indexes, thickness ratios, foundation and support spring constants on the vibration frequency of BDFG sandwich beams. The present method can provide researchers with deep insight into the impact of various geometric, material, foundation and support parameters on the vibration behavior of BDFG sandwich beam structures.
In this paper, a spectral finite element method for a rectangular sandwich plate with viscoelastic core having the Levy-type boundary conditions has been plated. The sandwich plate consists of two isotropic and elastic face plates with a surfaced-bonded viscoelastic core. For the analysis, the in-plane and transverse energy in the face plates and only shear energy in the core are considered, respectively. To account for the frequency dependent complex shear modulus of the viscoelastic core, the Golla-Hughes-McTavish model is adopted. To evaluate the validity and accuracy of the proposed method, the frequency response function and dynamic responses of the sandwich plate with all edges simply supported subject to an impact load are calculated and compared with those calculated by a finite element method. Though these calculations, it is confirmed that the proposed method is very reliable and efficient one for vibration analysis of a rectangular sandwich plate with viscoelastic core having the Levy-type boundary conditions.
The design of honeycomb sandwich structures is often challenging because these structures can be tailored from a variety of possible cores and face sheets configurations, therefore, the design of sandwich structures is characterized as a time-consuming and complex task. A data-driven computational approach that integrates the analytical method and Artificial Neural Network (ANN) is developed by the authors to rapidly predict the design of sandwich structures for a targeted maximum structural deflection. The elaborated ANN reverse design approach is applied to obtain the thickness of the sandwich core, the thickness of the laminated face sheets, and safety factors for composite sandwich structure. The required data for building ANN model were obtained using the governing equations of sandwich components in conjunction with the Monte Carlo Method. Then, the functional relationship between the input and output features was created using the neural network Backpropagation (BP) algorithm. The input variables were the dimensions of the sandwich structure, the applied load, the core density, and the maximum deflection, which was the reverse input given by the designer. The outstanding performance of reverse ANN model revealed through a low value of mean square error (MSE) together with the coefficient of determination (R2) close to the unity. Furthermore, the output of the model was in good agreement with the analytical solution with a maximum error 4.7%. The combination of reverse concept and ANN may provide a potentially novel approach in designing of sandwich structures. The main added value of this study is the elaboration of a reverse ANN model, which provides a low computational technique as well as savestime in the design or redesign of sandwich structures compared to analytical and finite element approaches.
A numerical approach for dynamic stability analysis of sandwich plates has been provided using Chebyshev-Ritz-Bolotin approach. The sandwich plate with porous core has been formulated according to a higher-order plate. All of material properties are assumed to be dependent of porosity factor which determines the amount or volume of pores. The sandwich plate has also been assumed to be under periodic in-plane loading of compressive type. It will be shown that stability boundaries of the sandwich plate are dependent on static and dynamical load factors, porosity factor, porosity variation and core thickness.
Thickness of damping layer in sandwich plate needs to be optimized in order to make modal loss factor of the sandwich plate maximum. Since previous studies were interested in noise reductions over high frequency range, the modal properties were derived based on simply supported boundaries. This conventional formula is approximately applicable to other boundary conditions over high frequency range only. The purpose of this study is to propose a method to determine optimum damping layer thickness of sandwich plate for maximum modal damping in low frequency range when the boundary condition is not a simple support. The conventional RKU equation based on simply supported boundary is modified to reflect other boundary conditions and the modified RKU equation is subsequently applied to determine the optimum damping layer thickness for arbitrary conditions. In order to reflect frequency-dependent characteristics of elastic modulus of the damping layer, an iteration method is proposed in determining the modal properties. Test results on sandwich plates for optimum damping layer thickness are compared with predictions by the proposed method and conventional method.
In this research, bending analysis of a micro sandwich skew plate with isotropic core and piezoelectric composite face sheets reinforced by carbon nanotube on the elastic foundations are studied. The classical plate theory (CPT) are used to model micro sandwich skew plate and to apply size dependent effects based on modified strain gradient theory. Eshelby-Mori-Tanaka approach is considered for the effective mechanical properties of the nanocomposite face sheets. The governing equations of equilibrium are derived using minimum principle of total potential energy and then solved by extended Kantorovich method (EKM). The effects of width to thickness ratio and length to width of the sandwich plate, core-to-face sheet thickness ratio, the material length scale parameters, volume fraction of CNT, the angle of skew plate, different boundary conditions and types of cores on the deflection of micro sandwich skew plate are investigated. One of the most important results is the reduction of the deflection by increasing the angle of the micro sandwich skew plate and decreasing the deflection by decreasing the thickness of the structural core. The results of this research can be used in modern construction in the form of reinforced slabs or stiffened plates and also used in construction of bridges, the wing of airplane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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