This paper reports the result of an investigation into wave propagation in orthotropic laminated piezoelectric cylindrical shells in hydrothermal environment. A dynamic model of laminated piezoelectric cylindrical shell is derived based on Cooper-Naghdi shell theory considering the effects of transverse shear and rotary inertia. The wave characteristics curves are obtained by solving an eigenvalue problem. The effects of layer numbers, thickness of piezoelectric layers, thermal loads and humid loads on the wave characteristics curves are discussed through numerical results. The solving method presented in the paper is validated by the solution of a classical elastic shell non-containing the effects of transverse shear and rotary inertia. The new features of the wave propagation in laminated piezoelectric cylindrical shells with various laminated material, layer numbers and thickness in hydrothermal environment and some meaningful and interesting results in this paper are helpful for the application and the design of the ultrasonic inspection techniques and structural health monitoring.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.8
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pp.649-656
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2016
Thick composite disks are utilized in the fast-rotating machines such as turbine disks, flywheels, and so on. The effects of rotating speed on the dynamic characteristics of thick composite disks are deeply studied in this paper. The dynamic governing equations of a rotating composite disk including transverse shear and rotary inertia are derived and then formulated into the finite element equation. Isotropic, circumferentially reinforced disk, and radially reinforced disk are selected for the numerical analysis. The inclusion of the transverse shear and rotary inertia into the governing equation of the rotating disks makes the natural frequency reduced as well as the critical speed. The present results show that the rotation of a thick disk may not reduce the effect of transverse shear and rotary inertia depending on anisotropy, thickness ratio and mode, unlike the results reported in other studies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.6
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pp.580-586
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2011
This paper addresses the effect of transverse shear deformation and rotary inertia on the natural frequency of beams under axial loads. It has been reported in the author's paper using a finite element analysis that the Timoshenko effect in a rotating disk deceases and then increases again with increasing rotation speed. To validate the phenomenon, the simply-supported beams under uniform tension are selected in this study since they have exact solutions in vibration problem. The results show that the axial tension in beams would not make the Timoshenko effect decrease monotonically but could make the effect increase again unlike the results reported in the other studies for beams.
Dynamic instability of rotating disks is the most significant factor to limit its rotating speed. Application of composite materials to rotating disks may enhance the dynamic stability leading to a possible design of rotating disks with lightweight and high speed. Whereas much work has been done on the effect of transverse shear and rotary inertia, called Timoshenko effect, on the dynamic behavior of plates, there is little work on the correlation between the effect and the rotation of disk, especially nothing in case of composite disks. The dynamic equations of a rotating composite disk are formulated with the Timoshenko effect and the vibrational analysis is performed by using a commercial package MSC/NASTRAN. According to the results, the Timoshenko effect goes seesaw in some modes, unlike the well-known fact that the effect decreases as the rotating speed increases. And it can be concluded, based only on the present results, that decrement of the Timoshenko effect by disk rotation grows larger as the thickness ratio decreases, the diameter ratio increases, the modulus ratio increases, and the mode number increases.
A semi-analytical method is presented for accurately prediction of the free vibration behavior of generally laminated composite plates with arbitrary boundary conditions. The method employs the technique of separation of spatial variables within Hamilton's principle to obtain the equations of motion, including two systems of coupled ordinary homogeneous differential equations. Subsequently, by applying the laminate constitutive relations into the resulting equations two sets of coupled ordinary differential equations with constant coefficients, in terms of displacements, are achieved. The obtained differential equations are solved for the natural frequencies and corresponding mode shapes, with the use of the exact state-space approach. The formulation is exploited in the framework of the first-order shear deformation theory to incorporate the effects of transverse shear deformation and rotary inertia. The efficiency and accuracy of the present method are demonstrated by obtaining solutions to a wide range of problems and comparing them with finite element analysis and previously published results.
Free vibrations of steel-concrete composite beams are analyzed by using the dynamic stiffness approach. The coupled equations of motion of the composite beams are derived with help of the Hamilton's principle. The effects of the shear deformation and rotary inertia of the two beams as well as the transverse and axial deformations of the stud connectors are included in the formulation. The dynamic stiffness matrix is developed on the basis of the exact general solutions of the homogeneous governing differential equations of the composite beams. The use of the dynamic stiffness method to determine the natural frequencies and mode shapes of a particular steel-concrete composite beam with various boundary conditions is demonstrated. The accuracy and effectiveness of the present model and formulation are validated by comparison of the present results with the available solutions in literature.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.35-42
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2003
This paper provides the first known flexural vibration data for thick (Mindlin) rectangular plates having V-notches. The V-notch has bending moment and shear force singularities at its sharp corner due to the transverse vibratory bending motion. Based upon Mindlin plate theory, in which transverse shear deformation and rotary inertia effects are considered, the Ritz procedure is employed with a hybrid set of admissible functions assumed for the rotational and transverse vibratory displacements. This set includes: (1) a mathematically complete set of admissible algebraic-trigonometric polynomials which guarantee convergence to exact frequencies as sufficient terms are retained; and (2) an admissible set of Mindlin corner functions which account for the bending moment and shear force singularities at the sharp corner of the V-notch. Extensive convergence studies demonstrate the necessity of adding the Mindlin corner functions to achieve accurate frequencies for rectangular plates having sharp V-notches.
This presentation examines the characteristics of torsional vibration in axisymmetric out-of-plane vibrations of an annular Mindin plate. The out-of-plane vibration of circular or annular plates have been investigated since a long years ago by many researchers. When the classical Kirchhoff plate theory neglecting the effect of transverse shear deformation is applied to a thick plate, its out-of-plane natural frequencies are much different from reality. And so, since Minlin presented a plate theory considering the effect of rotary inertia and transverse shear deformation, many researches for the out-of-plane natural vibration of circular or annular Mindin plates have been performed. But almost all researchers missed the torsional vibration due to transverse shear deformation in axisymmetric out-of-plane vibrations of the circular or annular Mindin plate. Therefore, in this presentation, we verify the existence of torsional vibration of an annular plate and present the natural frequencies of an annular plate with free outer boundary surface.
Laminated composite shells exhibit properties comsiderably different from those of the single-layer shell. Thus, to obtain the more accurate solutions to laminated composite shells ptoblems, effects of shear strain should be condidered in analysis of them. A higher-order shear deformation theory requires no shear correction coefficients. This theory is used to determine the buckling loads of elastic shells. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear through the thickness of the shell and rotary inertia. Exact solutions of simply-supported shells are obtained and the results are compared with the exact solutions of the first-order shear deformation theory, and the classical theory. The present theory predicts the buckling loads more accurately when compared to the first -order and classical theory.
Tounsi, Abdelouahed;Benguediab, Soumia;Adda Bedia, El Abbas;Semmah, Abdelwahed;Zidour, Mohamed
Advances in nano research
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v.1
no.1
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pp.1-11
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2013
The thermal buckling properties of double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) are studied using nonlocal Timoshenko beam model, including the effects of transverse shear deformation and rotary inertia. The DWCNTs are considered as two nanotube shells coupled through the van der Waals interaction between them. The geometric nonlinearity is taken into account, which arises from the mid-plane stretching. Considering the small-scale effects, the governing equilibrium equations are derived and the critical buckling temperatures under uniform temperature rise are obtained. The results show that the critical buckling temperature can be overestimated by the local beam model if the nonlocal effect is overlooked for long nanotubes. In addition, the effect of shear deformation and rotary inertia on the buckling temperature is more obvious for the higher-order modes. The investigation of the thermal buckling properties of DWCNTs may be used as a useful reference for the application and the design of nanostructures in which DWCNTs act as basic elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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