In this paper we compare the solution of the one-dimensional beam model and the numerical solution of the two-dimensional linearized elasticity problem for rectangular domain of the beam-like form. We first derive the beam model starting from the two-dimensional linearized elasticity, the same way it is derived from the three-dimensional linearized elasticity. Then we present the numerical solution of the two-dimensional problem by finite element method. As expected the difference of two approximations becomes smaller as the thickness of the beam tends to zero. We then analyze the applicability of the one-dimensional model and verify the main properties of the beam modeling for thin beams.
Singh, Gajbir;Rao, G. Venkateswara;Iyengar, N.G.R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.3
no.2
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pp.121-133
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1995
It is well known that two-dimensional simplified third-order theories satisfy the layer interface continuity of transverse shear strains, thus these theories violate the continuity of transverse shear stresses when two consecutive layers differ either in fibre orientation or material. The third-order theories considered herein involve four/or five dependent unknowns in the displacement field and satisfy the condition of vanishing of transverse shear stresses at the bounding planes of the plate. The objective of this investigation is to examine (i) the flexural response prediction accuracy of these third-order theories compared to exact elasticity solution (ii) the effect of layer interface continuity conditions on the flexural response. To investigate the effect of layer interface continuity conditions, three-dimensional elasticity solutions are developed by enforcing the continuity of different combinations of transverse stresses and/or strains at the layer interfaces. Three dimensional twenty node solid finite element (having three translational displacements as degrees of freedom) without the imposition of any of the conditions on the transverse stresses and strains is also employed for the flexural analysis of the laminated plates for the purposes of comparison with the above theories. These shear deformation theories and elasticity approaches in terms of accuracy, adequacy and applicability are examined through extensive numerical examples.
In this paper, three dimensional static and dynamic analyses of two dimensional functionally graded annular sector plates have been investigated. The material properties vary through both the radial and axial directions continuously. Graded finite element and Newmark direct integration methods have been used to solve the 3D-elasticity equations in time and space domains. The effects of power law exponents and different boundary conditions on the behavior of FGM annular sector plate have been investigated. Results show that using 2D-FGMs and graded elements have superiority over the homogenous elements and 1D-FGMs. The model has been compared with the result of a 1D-FGM annular sector plate and it shows good agreement.
In this study, the state equation for axisymmetric bending of laminated transversely isotropic circular plates on elastic foundation is established on the basis of three-dimensional elasticity. By using the expansions of Bessel functions, an analytical solution of the problem is presented. As a result, all the fundamental equations of three-dimensional elasticity can be satisfied exactly and all the independent elastic constants can be fully taken into account. Furthermore, the continuity conditions at the interfaces of plies can also be satisfied.
R. Bina;M. Soltani Tehrani;A. Ahmadi;A. Ghanim Taki;R. Akbarian
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.487-499
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2024
The primary objective of this study is to analyze the free vibration behavior of a sandwich cylindrical shell with a defective core and wavy carbon nanotube (CNT)-enhanced face sheets, utilizing the three-dimensional theory of elasticity. The intricate equations of motion for the structure are solved semi-analytically using the generalized differential quadrature method. The shell structure consists of a damaged isotropic core and two external face sheets. The distributions of CNTs are either functionally graded (FG) or uniform across the thickness, with their mechanical properties determined through an extended rule of mixture. In this research, the conventional theory regarding the mechanical effectiveness of a matrix embedding finite-length fibers has been enhanced by introducing tube-to-tube random contact. This enhancement explicitly addresses the progressive reduction in the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The study investigates the influence of a damaged matrix, CNT distribution, volume fraction, aspect ratio, and waviness on the free vibration characteristics of the sandwich cylindrical shell with wavy CNT-reinforced face sheets. Unlike two-dimensional theories such as classical and the first shear deformation plate theories, this inquiry is grounded in the three-dimensional theory of elasticity, which comprehensively accounts for transverse normal deformations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.323-329
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1989
In the stress analysis of plate, Classical plate theories are generally used. But, in applying these theories the stresses underneath the concentrated load point cannot be analyzed because the solution of stress fails to converge. In this paper, therefore, an attempt is made to analyze the stresses directly underneath the concentrated load point for a supported square plate by using the three dimensional theory of elasticity and the potential theory of displacement on the supposition that uniformly distributed load acts on the central part of it. In order to clarify the validity of the theoretical analysis, experiments for strain are carride out with a square plate. It is shown that these theoretical results are in close agreement with experimental results. Specially, this analysis is in a good agreement with actual phenomenon in case of the thick plate.
According to the properties of monoclinic materials, the normal and shear stresses are depending on both normal and shear strains. In the current investigation, the static analysis of monoclinic plates based on three dimensional elasticity theory is investigated. New governing equations and boundary conditions are derived for monoclinic plates and the Differential Quadrature Method (DQM) is used to solve the static problem. In our method of solution, no approximation is used and the DQM is adopted in all directions. By showing the differences between our results and the results for especially orthotropic plates, one can find that it is worth to investigate the monoclinic plates to have more accurate results.
In this study, based on the three-dimensional theory of elasticity, free vibration characteristics of sandwich sectorial plates with multiwalled carbon nanotube-(MWCNT)-reinforced composite core are considered. Modified Halpin-Tsai equation is used to evaluate the Young's modulus of the MWCNT/epoxy composite samples by the incorporation of an orientation as well as an exponential shape factor in the equation. The exponential shape factor modifies the Halpin-Tsai equation from expressing a straight line to a nonlinear one in the MWCNTs wt% range considered. In this paper, free vibration of thick functionally graded sandwich annular sectorial plates with simply supported radial edges and different circular edge conditions including simply supported-clamped, clamped-clamped, and free-clamped is investigated. A semi-analytical approach composed of two-dimensional differential quadrature method and series solution are adopted to solve the equations of motion. The material properties change continuously through the core thickness of the plate, which can vary according to a power-law, exponentially, or any other formulations in this direction. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods or two-dimensional theories used to analysis of laminated sectorial plates.
The main goal of this paper is to study vibration of damaged core laminated sectorial plates with Functionally graded (FG) face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular sector plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions.
This paper presents the three-dimensional stress analysis of orthotropic thick plates using the three-dimensional spline strip method based on the theory of elasticity. The orthotropic plates are made of Aragonite crystal and sitka spruce. To demonstrate the convergence and accuracy of the present method, several examples are solved, and results are compared with those obtained by other exact and numerical methods based on the theory of elasticity. Good convergence and accuracy are obtained. The effects of thickness/width ratio, aspect ratio and boundary conditions on normal stress distributions of Aragonite crystal plates and sitka spruce plates are investigated. Moreover, the difference of weak orthotropic and strong orthotropic properties given to the characteristics of stress distributions are also shown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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