This study deals with the nonlinear static analysis of functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) truncated conical shells subjected to axial load based on the classical shell theory. Detailed studies for both nonlinear buckling and post-buckling behavior of truncated conical shells. The truncated conical shells are reinforced by single-walled carbon nanotubes which alter according to linear functions of the shell thickness. The nonlinear equations are solved by both the Airy stress function and Galerkin method based on the classical shell theory. In numerical results, the influences of various types of distribution and volume fractions of carbon nanotubes, geometrical parameters, elastic foundations on the nonlinear buckling and post-buckling behavior of FG-CNTRC truncated conical shells are presented. The proposed results are validated by comparing with other authors.
This paper deals with the free vibrations of truncated conical shell with uniform thickness by the transfer influence coefficient method. The classical thin shell theory based upon the $Fl\ddot{u}gge$ theory is assumed and the governing equations of a conical shell are written as a coupled set of first order differential equations using the transfer matrix. The Runge-Kutta-Gill integration and bisection method are used to solve the governing differential equations and to compute the eigenvalues respectively. The natural frequencies and corresponding mode shapes are calculated numerically for the truncated conical shell with any combination of boundary conditions at the edges. And all boundary conditions and the intermediate supports between conical shell and foundation could be treated only by adequately varying the values of the spring constants. Numerical results are compared with existing exact and numerical solutions of other methods.
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the natural frequencies of a truncated shallow and deep conical shell with linearly varying thickness along the meridional direction free at its top edge and clamped at its bottom edge. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components $u_r$, $u_{\theta}$, and $u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be periodic in ${\theta}$ and in time, and algebraic polynomials in the r and z directions. Strain and kinetic energies of the truncated conical shell with variable thickness are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated. The frequencies from the present 3-D method are compared with those from other 3-D finite element method and 2-D shell theories.
In this work, superharmonic and subharmonic resonance of rotating stiffened FGM truncated conical shells exposed to harmonic excitation in a thermal environment is investigated. Utilizing classical shell theory considering Coriolis acceleration and the centrifugal force, the governing equations are extracted. Non-linear model is formulated employing the von Kármán non-linear relations. In this study, to model the stiffener effects the smeared stiffened technique is utilized. The non-linear partial differential equations are discretized into non-linear ordinary differential equations by applying Galerkin's method. The method of multiple scales is utilized to examine the non-linear superharmonic and subharmonic resonances behavior of the conical shells. In this regard, the effects of the rotating speed of the shell on the frequency response plot are investigated. Also, the effects of different semi-vertex angles, force amplitude, volume-fraction index, and temperature variations on the frequency-response graph are examined for different rotating speeds of the stiffened FGM truncated conical shells.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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제35권6호
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pp.765-777
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2020
In the context of classic conical shell formulation, nonlinear forced vibration analysis of truncated conical shells and annular plates made of multi-scale epoxy/CNT/fiberglass composites has been presented. The composite material is reinforced by carbon nanotube (CNT) and also fiberglass for which the material properties are defined according to a 3D Mori-Tanaka micromechanical scheme. By utilizing the Jacobi elliptic functions, the frequency-deflection curves of truncated conical shells and annular plates related to their forced vibrations have been derived. The main focus is to study the influences of CNT amount, fiberglass volume, open angle, fiber angle, truncated distance and force magnitude on forced vibrational behaviors of multi-scale truncated conical shells and annular plates.
Khayat, Majid;Baghlani, Abdolhossein;Dehghan, Seyed Mehdi;Najafgholipour, Mohammad Amir
Steel and Composite Structures
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제38권1호
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pp.47-66
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2021
This work addresses the free vibration analysis of Functionally Graded Porous (FGP) nanocomposite truncated conical shells with Graphene PLatelet (GPL) reinforcement. In this study, three different distributions for porosity and three different dispersions for graphene platelets have been considered in the direction of the shell thickness. The Halpin-Tsai equations are used to find the effective material properties of the graphene platelet reinforced materials. The equations of motion are derived based on the higher-order shear deformation theory and Sanders's theory. The Fourier Differential Quadrature (FDQ) technique is implemented to solve the governing equations of the problem and to obtain the natural frequencies of the truncated conical shell. The combination of FDQ with higher-order shear deformation theory allows a very accurate prediction of the natural frequencies. The precision and reliability of the proposed method are verified by the results of literature. Moreover, a wide parametric study concerning the effect of some influential parameters, such as the geometrical parameters, porosity distribution, circumferential wave numbers, GPLs dispersion as well as boundary restraint conditions on free vibration response of FGP-GPL truncated conical shell is also carried out and investigated in detail.
In this paper, magneto-thermo-elastic problem of a thick truncated conical shell immersed in a uniform magnetic field and subjected to internal pressure is investigated. Material properties of the shell including the elastic modulus, magnetic permeability, coefficients of thermal expansion and conduction are assumed to be isotropic and graded through the thickness obeying the simple power law distribution, while the poison's ratio is assumed to be constant. The temperature distribution is assumed to be a function of the thickness direction. Governing equations of the truncated conical shell are derived in terms of components of displacement and thermal fields and discretised with the help of differential quadrature (DQ) method. Results are obtained for different values of power law index of material properties and effects of thermal load on displacement, stress, temperature and magnetic fields are studied. Results of the present method are compared with those of the finite element method.
This paper dealt the free vibration analysis of thick truncated conical composite sandwich shells with transversely flexible cores and simply supported boundary conditions based on a new improved and enhanced higher order sandwich shell theory. Geometries were used in the present work for the consideration of different radii curvatures of the face sheets and the core was unique. The coupled governing partial differential equations were derived by the Hamilton's principle. The in-plane circumferential and axial stresses of the core were considered in the new enhanced model. The first order shear deformation theory was used for the inner and outer composite face sheets and for the core, a polynomial description of the displacement fields was assumed based on the second Frostig's model. The effects of types of boundary conditions, conical angles, length to radius ratio, core to shell thickness ratio and core radius to shell thickness ratio on the free vibration analysis of truncated conical composite sandwich shells were also studied. Numerical results are presented and compared with the latest results found in literature. Also, the results were validated with those derived by ABAQUS FE code.
In this study, free vibration analysis of functionally graded (FG) porous truncated conical shell panels reinforced by graphene platelets (GPLs) has been investigated for the first time. Additionally, the effect of three different types of porosity distribution and five different types of GPLs patterns on dynamic response of the shell are also studied. Halpin-Tsai micromechanical model and Voigt's rule are used to determine Young modulus, shear modulus and Poisson's ratio with mass densities of the shell, respectively. The main novelties of present study are: applying 3D elasticity theory and the finite element method in conjunction with Rayleigh-Ritz method to give more accurate results unlike other simplified shell theories, and also presenting a general 3D solution in cylindrical coordinate system that can be used for analyses of different structures such as circular, annular and annular sector plates, cylindrical shells and panels, and conical shells and panels. A convergence study is performed to justify the correctness of the obtained solution and numerical results. The impact of porosity and GPLs patterns, the volume of voids, the weight fraction of graphene nanofillers, semi vertex and span angles of the cone, and various boundary conditions on natural frequencies of the functionally graded panel have been comprehensively studied and discussed. The results show that the most important parameter on dynamic response of FG porous truncated conical panel is the weight fraction of nanofiller and adding 1% weight fraction of nanofiller could increase 57% approximately the amounts of natural frequencies of the shell. Moreover, the porosity distribution has great effect on the value of natural frequency of structure rather than the porosity coefficient.
In this research, the dynamic stability of an orthotropic elastic conical shell, with elasticity moduli and density varying in the thickness direction, subject to a uniform external pressure which is a power function of time, has been studied. After giving the fundamental relations, the dynamic stability and compatibility equations of a nonhomogeneous elastic orthotropic conical shell, subject to a uniform external pressure, have been derived. Applying Galerkin's method, these equations have been transformed to a pair of time dependent differential equations with variable coefficients. These differential equations are solved using the method given by Sachenkov and Baktieva (1978). Thus, general formulas have been obtained for the dynamic and static critical external pressures and the pertinent wave numbers, critical time, critical pressure impulse and dynamic factor. Finally, carrying out some computations, the effects of the nonhomogeneity, the loading speed, the variation of the semi-vertex angle and the power of time in the external pressure expression on the critical parameters have been studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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