Effect of Shear Deformation on Static and Dynamic Behavior of Thick Functionally Graded Material Panels. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis_Sultan_Ghazzawi_Soft_Copy_Only.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

إن هياكل المواد المتدرجة داليا، خاصة الألواح منها، لها تطبيقات مختلفة في مجال هندسة الطيران والفضاء، ويهدف هذا البحث إلى دراسة السلوك الساكن والحركي لفئات مختلفة من الألواح المصنوعة من المواد المتدرجة دالياً، مع التركيز على تأثير التشوهات القصية المستعرضة، حيث يتم عرض الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا لدالات كسر الحجم ،وهي دالة قانون القوة، ودالة السينية ، والدالة الأسية، ويظهر المسح الأدبي نقص الأبحاث على الألواح المتدرجة دالياً طبقاً للدالة السينية والدالة الأسية، ثم يتم عرض حركيات من عدة نظريات شائعة للألواح، مع الافتراضات والمعادلات المرتبطة بها، ويتم استنتاج المعادلات الحاكمة للنظرية التقليدية للألواح، ونظرية تشوه القص من الرتبة الثالثة، وحلها لاحقًا من خلال امتدادات فورييه لحلول من نوع نافيير، والتي ينتج عنها صور مغلقة لكل من مصفوفتي جساءة وكتلة اللوح. تتم جميع الحسابات باستخدام برنامج ماتلاب بطريقة تسهل الدمج مع برامج حل طريقة العناصر المحددة لاحقاً، ثم يتم التحقق من صحة النتائج التي تم الحصول عليها عن طريق عقد المقارنات مع المتاح من النتائج المنشورة، وتظهر المقارنات اتفاقًا ممتازًا في حالة الألواح السميكة المتدرجة دالياً طبقاً لدالة القوة، والتي تم دراستها على نطاق واسع في البحوث المطبوعة. بعد ذلك يتم إجراء دراسة مقارنة لمعرفة تأثير كل من قيم مؤشر الأس، ونسبة معاملات المرونة، ونسبة الكثافة، ونسب الثخانة، والنسبة الباعية للوح على الحد الأقصى لإزاحة اللوح وتردداته الطبيعية، وتشير النتائج إلى أنه، بالنسبة لقيم مؤشر القوة التي تزيد عن 1 ، فإن ألواح الدالة السينية تظهر دائمًا إزاحة أقل، وترددًا طبيعيًا أعلى، مقارنة بألواح الدوال الأسية ودوال القوة، كما تظهر النتائج أيضًا سلوكًا مماثلًا في ألواح الدوال الأسية، وأخيراً، يتم استعراض تأثير تشوه القص على الإزاحة والترددات الطبيعية للأنواع المختلفة من ألواح المواد المتدرجة دالياً، ويتم تحديد مقدار تأثير إهمال تشوهات القص عند الصياغة التقليدية للألواح، لمختلف معاملات الألواح، ودوال تغير الخصائص. ولقد أظهرت النتائج اختلافات في حالة الأنواع الثلاثة لدوال الخصائص، وتأثيراً أكبر لنسبة الثخانة عن النسبة الباعية، ويمكن استخدام نتائج الألواح السميكة المصنوعة من مواد متغيرة دالياً طبقاً لدالة سينية أو أسية كمرجع لمزيد من الدراسات، إذ أنه لا يكاد يوجد أي منها في الأدبيات.

English Abstract

Functionally graded material structures, especially panels, have various applications in the aerospace field. This research aims at studying the behaviors of classes of functionally graded material plates statically and dynamically, with emphasis on the influence of transverse shear deformations. The three most common kinds of functions describing the volume fraction, (power, sigmoid, and exponential functions), are presented. Literature review shows lack of research of the behavior of sigmoid and exponentially varying functionally graded panels. Then the kinematics of several common plate theories are presented with their associated assumptions and equations. Governing equations of both classical plate theory and third order shear deformation theory are derived and are later solved by Navier-type Fourier series expansions that resulted in closed form matrices associated to the stiffness and mass of the plate. All calculations are done on MATLAB in a manner that facilitates subsequent integration with FEM solvers. The obtained results are validated by comparisons with published results. The comparisons show excellent agreement in the case of thick functionally power FGM plates, which is extensively studied in literature. Next, a comparative study is conducted to see the effect of power indices, elastic moduli ratios, density ratios, thickness ratios, and plate aspect ratios on the maximum deflection and natural frequencies of the plate. Results show that, for power indices greater than 1, the sigmoid-law panels always exhibit smaller maximum deflection and higher natural frequencies, compared to the exponential and power laws. Results also show similar behavior for exponential-law panels. Finally, shear deformation influence on the deflection and natural frequencies for the different types of FGM plates is illustrated. The effect of neglecting shear deformations in the classical plate formulation is quantified for different plate parameters and property variation functions. Results showed variations in the three types of property function, and greater effect for plate thickness ratio than aspect ratio. Results of sigmoid and exponential thick functionally graded plates can be used as reference for further studies because there are virtually none in the literature.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Aerospace
Department:	College of Engineering and Physics > Aerospace Engineering
Committee Advisor:	Abdulrahman, Wael
Committee Members:	Khulief, Yehia and Abdallah, Ayman
Depositing User:	SULTAN GHAZZAWI (g201021080)
Date Deposited:	30 Dec 2018 10:31
Last Modified:	30 Dec 2020 13:02
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140868

Available Versions of this Item

• Effect of Shear Deformation on Static and Dynamic Behavior of Thick Functionally Graded Material Panels. (deposited 30 Dec 2018 10:31) [Currently Displayed]