BUCKLING AND VIBRATIONAL RESPONSE OF ADVANCED FUNCTIONALLY GRADED SANDWICH PLATE RESTING ON VISCOELASTIC FOUNDATION UNDER HYGRO-THERMAL ENVIRONMENT

BUCKLING AND VIBRATIONAL RESPONSE OF ADVANCED FUNCTIONALLY GRADED SANDWICH PLATE RESTING ON VISCOELASTIC FOUNDATION UNDER HYGRO-THERMAL ENVIRONMENT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Thesis Zaitoun final.pdf
Restricted to Repository staff only until 10 November 2022.

Download (2MB)

Arabic Abstract

تتزايد أهمية دراسة البلاطات الطبقية المتدرجة وظيفيا (FG) المصنوعة من السيراميك والمعدن، يومًا بعد يوم نظرًا لتطبيقاتها المهمة في بعض المجالات الهندسية مثل الهندسة المدنية والميكانيكية والفضاء. إلا أنه من بين جميع الخواص الميكانيكية، يركز هذا البحث على دراسة سلوك الانبعاج والاهتزاز للمواد المتدرجة وظيفيا المتقدمة (AFG) المعرضة للتحميل الحراري والرطوبة العالية المستندة على الأساس اللزج-المرن. في هذه الدراسة، تم استخدام أربعة مجاهيل رياضية فقط في مجال الإزاحة مع إدخال التكامل غير المحدد لتحليل التشوه في البلاطة واستخراج حلول دقيقة فيما بعد، إلى جانب استخدام دالة جيبية لتمثيل إجهادات القص المستعرضة. يتم وضع بلاطة الساندويتش على أساس (Pasternak) اللزج من خلال دمج معامل التثبيط مع المبدأ الخاص ب (Pasternak) والذي يستند إلى معاملين آخرين. تم النظر في ثلاثة أنواع مختلفة من "بلاطة ساندويتش" المتدرجة وظيفيا. تم استخدام مبدأ هاملتون للحصول على معادلة الحركة من خلال النظر في نظرية التشوه متناهية الصغر جنبًا إلى جنب مع قانون (Hook) العام. بعد ذلك، اعتمد الحل التحليلي على مبدأ (Navier) لحل درجة حرارة الانبعاج والتردد الطبيعي لبلاطة ساندويتش متدرجة وظيفيا بسيطة الارتكاز مثبتة على أساس لزج مرن. توضح هذه الرسالة دراسة تفصيلية لتأثير معامل التثبيط جنبًا إلى جنب مع نسبة العرض إلى الارتفاع، وحالة الرطوبة، معامل القانون الأسي، وتغير درجة الحرارة للازمة للانبعاج الحراري والخصائص الموجية ل "بلاطة ساندوتش" متدرجة وظيفيا ومستندة على أساس لزج مرن. تم إجراء مقارنة شاملة أظهرت توافقًا ممتازًا بين النظرية المقترحة حديثًا مع ما تم نشره مسبقًا. تم دراسة "بلاطة ساندويتش" (FG)مع الأخذ في الاعتبار ثلاثة سيناريوهات مختلفة لترتيب اللوحة. عزز هذا العمل فهم معامل التثبيط. أظهرت الدراسة أن مع زيادة قيمة معامل التثبيط، يزداد التردد الطبيعي لـ "بلاطة ساندوتش" متدرجة وظيفيا بالإضافة إلى درجة حرارة الانبعاج الحراري، إلا أن درجة التحسن تعتمد على طبقات البلاطة وتكوينها بالإضافة إلى الظروف البيئية. علاوة على ذلك، أظهر النوع B من FGSP، حيث تكون أوجه البلاطة الخارجية مكونة من FG بينما يكون الجزء الداخلي معدني، أفضل استجابة من حيث الانبعاج الحراري والتردد الطبيعي من بين جميع الأنواع الأخرى التي تم تناولها في هذه الأطروحة.

English Abstract

The applications of Functionally Graded (FG) sandwich ceramic-metal plate is rapidly increasing in several disciplines such as civil, mechanical and aerospace engineering. This thesis presents the dynamic and stability analysis of functionally graded (FG) “sandwich plate” resting on a viscoelastic foundation and exposed to hygrothermal conditions. An accurate solution is developed using high order shear deformation theory (HSDT), with only four unknowns being placed. The displacement field utilizes an indeterminate integral accompanied by a sinusoidal shape function to simulate the transverse shear deformation theory. The foundation's mathematical model followed the two-Pasternak coefficient model, with one more term being added to represent the damping effect. The sandwich plate is essentially composed of three layers. In this study, three different FG sandwich plate geometric analytical solutions regarding layer orders and composition were presented. The equations of motion were generated according to Hamilton’s principle. Thereafter, the analytical solution was based on Navier’s principle to solve the buckling temperature and natural frequency of a simply supported FG sandwich plate seated on a viscoelastic foundation. This thesis shows a parametric study of the effect of the damping coefficient along with the aspect ratio, moisture condition, power-law index, and temperature variation over the dynamic and buckling behavior of the FG “sandwich plate” resting on the viscoelastic foundation. A comprehensive comparison carried out that showed an excellent agreement of the newly proposed shear deformation theory with previously published works. The FG “Sandwich Plate” is examined considering three different scenarios of the panel’s arrangement. This work enhanced the understanding of the damping coefficient. The result shows as the value of the damping coefficient increases, the natural frequency of the FGSP is increasing as well as the thermal buckling. However, the degree of enhancement would depend on the plate’s configuration and the environmental conditions. Furthermore, Type B of FGSP where the configuration is FG in the face sheets with a metal core, showed the best response in terms of thermal buckling and natural frequency among all other types considered in this thesis.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Civil Engineering
Civil Engineering > Structural Engineering
Engineering
Research
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Sharif, Alfarabi
Committee Members: Al-Dulaijan, Salah U. and Al-Zahrani, M.M. and Al-Osta, Mohammed
Depositing User: MOHAMAD ZAITOUN (g201376710)
Date Deposited: 11 Nov 2021 10:17
Last Modified: 11 Nov 2021 10:17
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141848