Generally, methods using transfer techniques, like the transfer matrix method and the transfer stiffness coefficient method, find natural frequencies using the sign change of frequency determinants in searching frequency region. However, these methods may omit some natural frequencies when the initial frequency interval is large. The Sylvester-transfer stiffness coefficient method ("S-TSCM") can always obtain all natural frequencies in the searching frequency region even though the initial frequency interval is large. Because the S-TSCM obtain natural frequencies using the number of natural frequencies existing under a searching frequency. In this paper, the algorithm for the free vibration analysis of axisymmetric conical shells was formulated with S-TSCM. The effectiveness of S-TSCM was verified by comparing numerical results of S-TSCM with those of other methods when analyzing free vibration in two computational models: a truncated conical shell and a complete (not truncated) conical shell.
In this paper, dynamic buckling of truncated conical shell made of carbon nanotubes (CNTs) composite is studied. In aerospace industries, this category of structures is utilized extensively due to wide range of engineering applications. To calculate the effective material properties of the nanocomposite, The Mori-Tanaka model is applied. Also, the motion equations are derived with the assistance of the first order shear deformation theory (FSDT), Hamilton's principle and energy method. Besides, In order to solve motion equations and analyze dynamic instability region (DIR) of the structure, mixed model of differential quadrature method (DQM) and Bolotin's method is used. Moreover, investigation of the different parameters effects such as geometrical parameters and volume fraction of CNTs on the analysis of the DIR of the structure is done. In accordance with the obtained results, the DIR will occur at higher frequencies by increasing the volume fraction of CNTs.
Hajmohammad, Mohammad Hadi;Zarei, Mohammad Sharif;Farrokhian, Ahmad;Kolahchi, Reza
Advances in nano research
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제6권4호
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pp.299-321
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2018
A layerwise shear deformation theory is applied in this paper for buckling analysis of piezoelectric truncated conical shell. The core is a multiphase nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and carbon fibers. The top and bottom face sheets are piezoelectric subjected to 3D electric field and external voltage. The Halpin-Tsai model is used for obtaining the effective moisture and temperature dependent material properties of the core. The proposed layerwise theory is based on Mindlin's first-order shear deformation theory in each layer and results for a laminated truncated conical shell with three layers considering the continuity boundary condition. Applying energy method, the coupled motion equations are derived and analyzed using differential quadrature method (DQM) for different boundary conditions. The influences of some parameters such as boundary conditions, CNTs weight percent, cone semi vertex angle, geometrical parameters, moisture and temperature changes and external voltage are investigated on the buckling load of the smart structure. The results show that enhancing the CNTs weight percent, the buckling load increases. Furthermore, increasing the moisture and temperature changes decreases the buckling load.
Natural frequency behavior of graphene platelets reinforced composite (GPL-RC) joined truncated conical-cylindrical- conical shells resting on Winkler-type elastic foundation is presented in this paper for the first time. The rule of mixture and the modified Halpin-Tsai approach are applied to achieve the mechanical properties of the structure. Four different graphene platelets patterns are considered along the thickness of the structure such as GPLA, GPLO, GPLX, GPLUD. Finite element procedure according to Rayleigh-Ritz formulation has been used to solve 2D-axisymmetric elasticity equations. Application of 2D axisymmetric elasticity theory allows thickness stretching unlike simple shell theories, and this gives more accurate results, especially for thick shells. An efficient parametric investigation is also presented to show the effects of various geometric variables, three different boundary conditions, stiffness of elastic foundation, dispersion pattern and weight fraction of GPLs nanofillers on the natural frequencies of the joined shell. Results show that GPLO and BC3 provide the most rigidity that cause the most natural frequencies among different BCs and GPL patterns. Also, by increasing the weigh fraction of nanofillers, the natural frequencies will increase up to 200%.
Since conical sandwich shells are important structures in the modern industries, in this paper, for the first time, vibration behavior of the truncated conical sandwich shells which include temperature dependent porous FG face sheets and temperature dependent homogeneous core in various thermal conditions are investigated. A high order theory of sandwich shells which modified by considering the flexibility of the core and nonlinear von Karman strains are utilized. Power law rule which modified by considering the two types of porosity volume fractions are applied to model the functionally graded materials. By utilizing the Hamilton's energy principle, and considering the in-plane and thermal stresses in the face-sheets and the core, the governing equations are obtained. A Galerkin procedure is used to solve the equations in a simply supported boundary condition. Uniform, linear and nonlinear temperature distributions are used to model the effect of the temperature changing in the sandwich shell. To verify the results of this study, they are compared with FEM results obtained by Abaqus software and for special cases with the results in literatures. Eigen frequencies variations are surveyed versus the temperature changing, geometrical effects, porosity, and some others in the numerical examples.
This paper presents a semi-analytical solution for the creep analysis and life assessment of 304L austenitic stainless steel thick truncated conical shells using multilayered method based on the first order shear deformation theory (FSDT). The cone is subjected to the non-uniform internal pressure and temperature gradient. Damages are obtained in thick truncated conical shell using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The creep response of the material is described by Norton's law. In the multilayer method, the truncated cone is divided into n homogeneous disks, and n sets of differential equations with constant coefficients. This set of equations is solved analytically by applying boundary and continuity conditions between the layers. The results obtained analytically have been compared with the numerical results of the finite element method. The results show that the multilayered method based on FSDT has an acceptable amount of accuracy when one wants to obtain radial displacement, radial, circumferential and shear stresses. It is shown that non-uniform pressure has significant influences on the creep damages and remaining life of the truncated cone.
The buckling analysis is presented for non-homogeneous (NH) orthotropic truncated conical shells subjected to combined loading of axial compression and external pressure. The governing equations have been obtained for the non-homogeneous orthotropic truncated conical shell, the material properties of which vary continuously in the thickness direction. By applying Superposition and Galerkin methods to the governing equations, the expressions for critical loads (axial, lateral, hydrostatic and combined) of non-homogeneous orthotropic truncated conical shells with simply supported boundary conditions are obtained. The results are verified by comparing the obtained values with those in the existing literature. Finally, the effects of non-homogeneity, material orthotropy, cone semi-vertex angle and other geometrical parameters on the values of the critical combined load have been studied.
This paper deals with the dynamic buckling behavior of truncated conical shells composed of carbon nanotube composites, an important area of study in view of their very wide engineering applications in aerospace industries. In this regard, the effective material properties of the nanocomposite have been computed using the Mori-Tanaka model, which has already been established for such analyses. The motion equations ruling the structure's behavior are derived using first order shear deformation theory, Hamilton's principle, and energy method. This will provide adequate background information on its dynamic response. In an effort to probe the dynamic instability region of the structure, differential quadrature method combined with Bolotin's method will be adopted to tackle the resulting motion equations, which enables efficient and accurate analysis. This work considers the effect of various parameters in the geometrical parameters and the volume fraction of CNTs on the structure's DIR. Specifically, it became clear that increasing the volume fraction of CNTs shifted the frequency range of the DIR to higher values, indicating the significant role of nanocomposite composition regarding structure stability.
In this study, the stability of laminated homogeneous and non-homogeneous orthotropic truncated conical shells with freely supported edges under a uniform hydrostatic pressure is investigated. It is assumed that the composite material is orthotropic and the material properties depend only on the thickness coordinate. The basic relations, the modified Donnell type stability and compatibility equations have been obtained for laminated non-homogeneous orthotropic truncated conical shells. Applying Galerkin method to the foregoing equations, the expression for the critical hydrostatic pressure is obtained. The appropriate formulas for the single-layer and laminated, cylindrical and complete conical shells made of homogeneous and non-homogeneous, orthotropic and isotropic materials are found as a special case. Finally, effects of non-homogeneity, number and ordering of layers and variations of shell characteristics on the critical hydrostatic pressure are investigated.
This paper predicts the combined resonance behavior of the truncated conical shells (TCSs) under transverse and parametric coupled excitation. The motion governing equation is formulated in the framework of high-order shear deformation theory, von Kármán theory and Hamilton principle. The displacements and boundary conditions are characterized by a set of displacement shape functions with double Fourier series. Subsequently, the method of varying amplitude (MVA) is utilized to derive the approximate analytical solution of system response of TCSs. A comparative analysis is conducted to verify the accuracy of the current computational method. Additionally, the interaction mechanism of combined resonance, parametric resonance and primary resonance is examined. And the effect of damping coefficient, the external excitation, initial phase, axial motion speed, temperature variation, humidity variation, material properties and semi-vortex angle on the vibration mechanism are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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