This study aimed to presents a simple analytical approach to investigate the thermal buckling behavior of thick functionally graded sandwich by employing both the sinusoidal shear deformation theory and stress function. The material properties of the sandwich plate faces are continuously varied within the plate thickness according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are considered as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Numerical examples are presented to prove the effect of power law index, loading type and functionally graded layers thickness on the thermal buckling response of thick functionally graded sandwich.
In this work, a novel combined logarithmic, secant and tangential 2D and quasi-3D refined higher order shear deformation theory is proposed to examine the buckling analysis of simply supported uniform functionally graded plates under uniaxial and biaxial loading. The proposed formulations contain a reduced number of variables compared to others similar solutions. The combined function employed in this study ensures automatically the zero-transverse shear stresses at the free surfaces of the structure. Various models of the material distributions are considered (linear, quadratic, cubic inverse quadratic and power-law). The differentials stability equations are derived via virtual work principle with including the stretching effect. The Navier's approach is applied to solve the governing equations which satisfying the boundary conditions. Several comparative and parametric studies are performed to illustrates the validity and efficacity of the proposed model and the various factors influencing the critical buckling load of thick FG plate.
In this paper, a two-layer partial interaction composite beams model considering the higher order shear deformation of sub-elements is built. Then, the governing differential equations and boundary conditions for static analysis of linear elastic higher order composite beams are formulated by means of principle of minimum potential energy. Subsequently, analytical solutions for cantilever composite beams subjected to uniform load are presented by Laplace transform technique. As a comparison, FEM for this problem is also developed, and the results of the proposed FE program are in good agreement with the analytical ones which demonstrates the reliability of the presented exact and finite element methods. Finally, parametric studies are performed to investigate the influences of parameters including rigidity of shear connectors, ratio of shear modulus and slenderness ratio, on deflections of cantilever composite beams, internal forces and stresses. It is revealed that the interfacial slip has a major effect on the deflection, the distribution of internal forces and the stresses.
This paper presents a 3D shape optimization algorithm for electromagnetic devices using the design sensitivity analysis with finite element method. The structural deformation analysis based on the deformation theory of the elastic body under stress is used for mesh renewing. The design sensitivity and adjoint variable formulae are derived for the 3D nonlinear finite element method with edge element. The proposed algorithm is applied to the shape optimization of 3D electromagnet to get a uniform flux density at the air gap.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.7
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pp.307-314
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2003
This paper presents a 3D shape optimization algorithm for electromagnetic devices using the design sensitivity analysis with finite element method. The structural deformation analysis based on the deformation theory of the elastic body under stress is used for mesh renewing. The design sensitivity and adjoint variable formulae are derived for the 3D finite element method with edge element. The results of sensitivity analysis are used as the input data of the structural analysis to calculate the relocation of the nodal points. This method makes it possible that the new mesh of analysis region can be obtained from the initial mesh without regeneration. The proposed algorithm is applied to the shape optimization of 3D electromagnet pole to net a uniform flux density at the target region.
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.17
no.7
s.94
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pp.1761-1771
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1993
In this paper, the design of thick laminated composite plate subjected to thermal buckling load under uniform temperature distribution is presented. In the design procedures of composite laminated plates for maximum thermal buckling load. the finite element method based on shear deformed theory is used for the analysis or laminated plates. One-demensional search method is used to find optimal fiber orientation and, in the next step, optimal thickness is investigated. Design variables such as fiber orientation and ply thicknesses coefficient of plates are adopted. The optimal design for the symmetric or antisymmetric laminated plates consisted of 4 layers with maximum thermal buckling load is performed.
Nanobeams are widely used as a structural element for nanodevices and nanomachines. The development of nano-sized machines depends on proper understanding of mechanical behavior of these nano-sized beam elements. Small length scales such as lattice spacing between atoms, surface properties, grain size etc. are need to be considered when applying any classical continuum model. In this study, Eringen's nonlocal elasticity theory is incorporated into classical beam model considering the effects of axial extension and the shear deformation to capture unique static behavior of the nanobeams under continuum mechanics theory. The governing differential equations are obtained for curved beams and solved exactly by using the initial value method. Circular uniform beam with concentrated loads are considered. The displacements, slopes and the stress resultants are obtained analytically. A detailed parametric study is conducted to examine the effect of the nonlocal parameter, mechanical loadings, opening angle, boundary conditions, and slenderness ratio on the static behavior of the nanobeam.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1990.04a
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pp.59-64
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1990
The cable structures undergo large deformation because of its highly flexibility. Therefore, we must take account of its geometric nonlinearity before analysis and find the equiribrated shape of cable structures. To solve these problems, a numerical procedures included nonlinear near theory which is applicable to general cable net, flexible transmission lines and suspended cable roofs, are presented in this paper. Now, this procedures are devided two parts : the one is to obtain the equibrated shape and stress of the cable structures applied uniform load by flexibility iteration method, the other is to analysis the equibrated structures subjected to nodal external forces by nonlinear finite element mothed. Its accuracy and efficiency are found to be comparable to some of other method and, in some aspect, it is mere applicable to cable structures.
In this research work, nonlinear thermal buckling behavior of functionally graded (FG) plates is explored based a new higher-order shear deformation theory (HSDT). The present model has just four unknowns, by using a new supposition of the displacement field which enforces undetermined integral variables. A shear correction factor is, thus, not necessary. A power law distribution is employed to express the disparity of volume fraction of material distributions. Three kinds of thermal loading, namely, uniform, linear, and nonlinear and temperature rises over z-axis direction are examined. The non-linear governing equations are resolved for plates subjected to simply supported boundary conditions at the edges. The results are approved with those existing in the literature. Impacts of various parameters such as aspect and thickness ratios, gradient index, type of thermal load rising, on the non-dimensional thermal buckling load are all examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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