The thermal effects on the buckling, postbuckling and nonlinear vibration behaviors of composite laminated trapezoidal plates are studied. Aiming at the complex plate structure and to simulate the temperature distribution of the plate, a finite element method (FEM) is applied in this paper. In the temperature model, based on the thermal diffusion equation, the Galerkin's method is employed to establish the temperature equation of the composite laminated trapezoidal plate. The geometrical nonlinearity of the plate is considered by using the von Karman large deformation theory, and combining the thermal model and aeroelastic model, Hamilton's principle is employed to establish the thermoelastic equation of motion of the composite laminated trapezoidal plate. The thermal buckling and postbuckling of the composite laminated rectangular plate are analyzed to verify the validity and correctness of the present methodology by comparing with the results reported in the literature. Moreover, the effects of the temperature with the ply-angle on the thermal buckling and postbuckling of the composite laminated trapezoidal plates are studied, the thermal effects on the nonlinear vibration behaviors of the composite laminated trapezoidal plates are discussed, and the frequency-response curves are also presented for the different temperatures and ply angles.
In this paper, the static characteristics of the trapezoidal corrugated plate under uniformly distributed pressure are investigated by the analytical method. Because the corrugated plate is very flexible in the corrugation direction and stiff in the transverse direction, the corrugated plate is treated as the orthotropic plate. This equivalent orthotropic plate must include both the extensional and flexural effect to obtain the precise solution. The effective extensional and flexural stiffness of the trapezoidal corrugated plate are derived to consider these effects in the analysis. To demonstrate the validity of the proposed approach, the comparison is made with the previously published results. Some numerical results are presented to check the effect of the geometric properties.
A bimorph piezoelectric energy harvester is developed for harvesting energy under the vortex induced vibration and it is integrated to a host structure of a trapezoidal plate without changing its passive dynamic properties. It is aimed to select trapezoidal plate as similar to a vertical fin-like structure which could be a part of an air vehicle. The designed energy harvester consists of an aluminum beam and two identical multi fiber composite (MFC) piezoelectric patches. In order to understand the dynamic characteristic of the trapezoidal plate, finite element analysis is performed and it is validated through an experimental study. The bimorph piezoelectric energy harvester is then integrated to the trapezoidal plate at the most convenient location with minimal structural displacement. The finite element model is constructed for the new combined structure in ANSYS Workbench 14.0 and the analyses performed on this particular model are then validated via experimental techniques. Finally, the energy harvesting performance of the bimorph piezoelectric energy harvester attached to the trapezoidal plate is also investigated through wind tunnel tests under the air load and the obtained results indicate that the system is a viable one for harvesting reasonable amount of energy.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.13-16
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2001
This paper presents the results of an elastic buckling analysis of isosceles trapezoidal orthotropic plate. In this study, all edges of plate are assumed to be simply supported and the difference of the applied loads are assumed to be taken out by shear of constant intensity along the sloping sides. For the buckling analysis, collocation method is employed. Finite element analysis is also conducted and the results are compared with theoretical ones.
Nonlinear vibration characteristics of composite laminated trapezoidal plates are studied. The geometric nonlinearity of the plate based on the von Karman's large deformation theory is considered, and the finite element method (FEM) is proposed for the present nonlinear modeling. Hamilton's principle is used to establish the equation of motion of every element, and through assembling entire elements of the trapezoidal plate, the equation of motion of the composite laminated trapezoidal plate is established. The nonlinear static property and nonlinear vibration frequency ratios of the composite laminated rectangular plate are analyzed to verify the validity and correctness of the present methodology by comparing with the results published in the open literatures. Moreover, the effects of the ply angle and the length-high ratio on the nonlinear vibration frequency ratios of the composite laminated trapezoidal plates are discussed, and the frequency-response curves are analyzed for the different ply angles and harmonic excitation forces.
A high precision shear deformable triangular element has been proposed for free vibration analysis of composite trapezoidal plates. The element has twelve nodes at the three sides and four nodes inside the element. Initially the element has fifty-five degrees of freedom, which has been reduced to forty-eight by eliminating the degrees of freedom of the internal nodes through static condensation. Plates having different side ratios (b/a), boundary conditions, thickness ratios (h/a=0.01, 0.1 and 0.2), number of layers and fibre angle orientations have been analyzed by the proposed shear locking free element. Trapezoidal laminate with concentrated mass at the centre has also been analyzed. An efficient mass lumping scheme has been recommended, where the effect of rotary inertia has been included. For validation of the present element and formulation few results of isotropic trapezoidal plate and square composite laminate have been compared with those obtained from open literatures. The numerical results for composite trapezoidal laminate have been given as new results.
In this study, free vibration behavior of trapezoidal sandwich plates with porous core and two graphene platelets (GPLs) reinforced nanocomposite outer layers are presented. The distribution of pores and GPLs are supposed to be functionally graded (FG) along the thickness of core and nanocomposite layers, respectively. The effective Young's modulus of the GPL-reinforced (GPLR) nanocomposite layers is determined using the modified Halpin-Tsai micromechanics model, while the Poisson's ratio and density are computed by the rule of mixtures. The FSDT plate theory is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions (B.C.s) for trapezoidal plate. The governing equations together with related B.C.s are discretized using a mapping- generalized differential quadrature (GDQ) method in the spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained by GDQ method. Validity of current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. A special attention is drawn to the role of GPLs weight fraction, GPLs patterns of two faces through the thickness, porosity coefficient and distribution of porosity on natural frequencies characteristics. New results show the importance of this permeates on vibrational characteristics of porous/GPLR nanocomposite plates. Finally, the influences of B.C.s and dimension as well as the plate geometry such as face to core thickness ratio on the vibration behaviors of the trapezoidal plates are discussed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.10
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pp.788-794
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2014
In this paper, the transient response analysis of the trapezoidal corrugated plate subjected to the pulse load is investigated by the theoretical method. Three types of pulse loads are considered: stepped, isosceles triangular and right triangular pulse loads. The corrugated plates can be represented as an orthotropic plate. Both the effective extensional and flexural stiffness of this equivalent orthotropic plate are considered in the analysis. The plate is stiffened by concentric stiffeners perpendicular to the corrugation direction. The stiffening effect is represented by the discrete stiffener theory. This theoretical results are validated by those obtained from 3D finite element analysis based on shell elements. Some numerical results are presented to check the effect of the geometric properties.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.10
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pp.785-791
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2002
A modeling method for the dynamic characteristic analysis of a translationally accelerated trapezoidal cantilever plate is presented in this paper. The equations of motion for the plate are derived and transformed into a dimensionless form. The effects of the inclination angles and the acceleration on the vibration characteristics of the plate are investigated. Incidentally, natural frequency loci veering and associated mode shape variations are observed and discussed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.268-273
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2002
A modeling method for the dynamic characteristic analysis of a translationally accelerated trapezoidal cantilever plate is presented in this paper. The equations of motion for the plate are derived and transformed into a dimensionless form. The effects of the inclination angles and the acceleration on the vibration characteristics of the plate are investigated. Incidentally, natural frequency loci veering and associated mode shape variations are observed and discussed
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