Yazdani, Raziye;Mohammadimehr, Mehdi;Zenkour, Ashraf M.
Steel and Composite Structures
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v.33
no.1
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pp.93-109
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2019
In the present study, vibration analysis of double bonded micro sandwich cylindrical shells with saturated porous core and carbon/boron nitride nanotubes (CNT/BNNT) reinforced composite face sheets under multi-physical loadings based on Cooper-Naghdi theory is investigated. The material properties of the micro structure are assumed to be temperature dependent, and each of the micro-tubes is placed on the Pasternak elastic foundations, and mechanical, moisture, thermal, electrical, and magnetic forces are effective on the structural behavior. The distributions of porous materials in three distributions such as non-linear non-symmetric, nonlinear-symmetric, and uniform are considered. The relationship including electro-magneto-hydro-thermo-mechanical loadings based on modified couple stress theory is obtained and moreover the governing equations of motion using the energy method and the Hamilton's principle are derived. Also, Navier's type solution is also used to solve the governing equations of motion. The effects of various parameters such as material length scale parameter, temperature change, various distributions of nanotube, volume fraction of nanotubes, porosity and Skempton coefficients, and geometric parameters on the natural frequency of double bonded micro sandwich cylindrical shells are investigated. Increasing the porosity and the Skempton coefficients of the core in micro sandwich cylindrical shell lead to increase the natural frequency of the structure. Cylindrical shells and porous materials in the industry of filters and separators, heat exchangers and coolers are widely used and are generally accepted today.
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.
The aim of this contribution is to present a new link/beam finite element suitable for electrothermo-structural analysis of uni-axially graded materials. Continuous polynomial variation of geometry and material properties will be considered. The element matrix and relations for solution of Joule's heat (and its distribution to the element nodes) have been established in the sense of a sequence method of a coupled problem solution. The expression for the solution of nodal forces caused by a continuously distributed temperature field has also been derived. The theoretical part of this contribution is completed by numerical validation, which proves the high accuracy and effectiveness of the proposed element. The results of the performed experiments are compared with those obtained using the more expensive multiphysical link element and solid element of the FEM program Ansys. The proposed finite element could be used not only in the multiphysical analysis of the current paths and actuators but also in analysis of other 1D construction parts made of composite or uni-axially graded materials.
Kumaravelan, R.;Ramesh, S.;Gandhi, V.C. Sathish;Agu, M. Joemax;Thanmanaselvi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.3
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pp.443-454
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2013
A leaf spring, especially the longitudinal type is liable and persistent element in automotive suspension system. In the present scenario the composite materials are widely used in the automobile industries has shown a great interest in the replacement of steel spring due to high strength by weight ratio. Previous investigations focused on stresses and displacement analysis of single leaf spring for different materials. The present work aims to design and analysis of leaf spring for two different cases by considering the Young's modulus to yield strength ratio. In the first case the analysis deals with the design and analysis of a single cantilever solid triangle beam which is an equivalent beam of a spring with three leaves having uniform strength. In the second case a 3-beams of rectangular cross section has been considered which is equivalent to a spring with three leaves. The analysis was carried out based on contact mechanics approach. The results were compared, that the fiberglass composite leaf spring is suitable for high loading capacity, reliability and efficiency.
An aggregation multigrid method (AMM) is a leading iterative solver in solid mechanics. Recently, AMM is applied for solving Schur Complement system in the FE analysis of shell structures. In this work, an extended application of AMM for solving Schur Complement system in the FE analysis of continuum elements is presented. Further, the performance of the proposed AMM in multiple load cases, which is a challenging problem for an iterative solver, is studied. The proposed method is developed by combining the substructuring and the multigrid methods. The substructuring method avoids factorizing the full-size matrix of an original system and the multigrid method gives near-optimal convergence. This method is demonstrated for the FE analysis of several elastostatic problems. The numerical results show better performance by the proposed method as compared to the preconditioned conjugate gradient method. The smaller computational cost for the iterative procedure of the proposed method gives a good alternative to a direct solver in large systems with multiple load cases.
In this study, the free and forced vibration analysis of micro sandwich plate with porous core layer and magneto-electric face sheets based on modified couple stress theory and first order shear deformation theory under simply supported boundary conditions is illustrated. It is noted that the core layer is composed from balsa wood and also piezo magneto-electric facesheets are made of BiTiO3-CoFe2O4. Using Hamilton's principle, the equations of motion for micro sandwich plate are obtained. Also, the Navier's method for simply support boundary condition is used to solve these equations. The effects of applied voltage, magnetic field, length to width ratio, thickness of porous to micro plate thickness ratio, type of porous, coefficient of porous on the frequency ratio are investigated. The numerical results indicate that with increasing of the porous coefficient, the non-dimensional frequency increases. Also, with an increase in the electric potential, the non-dimensional frequency decreases, while and with increasing of the magnetic potential is vice versa.
Flexoelectricity is an interesting materials' property that is more touchable in small scales. This property beside the sandwich structures placed in the center of scientists' attention due to their extraordinary effects on the mechanical properties. Furthermore, in the passage of decades, more elaborated sandwich structures took into consideration results from using honeycomb core. This kind of structure, inspiring from honeycomb core, provides more stiffness to weight ratio, which plays a crucial role in different industries. In this paper, based on the Love-Kirchhoff's hypothesis, Hamilton's principle, modified couple stress theory and Fourier series analytical method, equations of motion for a sandwich plate containing a honeycomb core integrated by two face-sheets have derived and solved analytically. The equations of both face sheets have derived by flexoelectricity consideration. Moreover, it should be noticed that the whole structure rests on the visco-Pasternak foundation. Conducting current research provided an acceptable and throughout study based on flexoelectricity to address the effect of materials' characteristics, length-scale parameter, aspect, and thickness ratios and boundary conditions on the natural frequency of honeycomb sandwich plates. Also, based on the presented figures and tables, there is a close agreement between previous studies and recent work. Due to the high ratio of strength to weight, current model analyzing is capable of taking into account for different vehicles' manufacturing in a high range of industries.
This paper presents the state of the art of computational structures technology(CST) and comparison of two computational mechanics - CST and CFD, to the CFD engineers. Classical mechanics is based on the five classical axioms which describe the motion and behaviors of the continuum materials like solid structures and fluids. Computational structures technology uses the finite element method to solve the governing equation, whereas finite volume method is generally used in CFD. A few famous commercial structural analysis programs and DIAMOND/IPSAP will be introduced. DIAMOND/IPSAP is the efficient parallel structural analysis package developed by our research team. DIAMOND/IPSAP shows the better performance than the commercial structural analysis software not only in the parallel computing environments but also in a single computer.
This research develops a finite element code for the transient dynamic analysis of tapered fiber reinforced polymer (FRP) poles with hollow circular cross-section and flexible joints used in power transmission lines. The FRP poles are modeled by tapered beam elements and their flexible joints by a rotational spring. To solve the time equations of transient dynamic analysis, precise time integration method is utilized. In order to verify the utilized formulations, a typical jointed FRP pole under step, triangular and sine pulses is analyzed by the developed finite element code and also ANSYS commercial finite element software for comparison. Thereafter, the effect of joint flexibility on its dynamic behavior is investigated. It is observed that by increasing the joint stiffness, the amplitude of the pole tip deflection history decreases, and the time of occurrence of the maximum deflection is earlier.
In order to produce high-quality optical components, aspheric lenses have been widely applied in recent years. An aspheric lens consists of aspheric surfaces instead of spherical ones, which causes difficulty in the design process as well as the manufacturing procedure. Although injection molding is widely used to fabricate optical lenses owing to its high productivity, there remains lots of difficulty to determine appropriate mold design factors and injection molding parameters. In the injection molding fields, computer simulation has been effectively applied to analyze processes based on the shell analysis so far. Considering the geometry of optical lenses, a full-3d simulation based on solid elements has been reported as a reliable approach. The present work covers three-dimensional injection molding simulation and relevant deformation analysis of an injection molded plastic lens based on 3d solid elements. Numerical analyses have been applied to the injection molding processes of three aspheric lenses for an image sensing module of a mobile phone. The reliability of the proposed approach has been verified in comparison with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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