Giải pháp phân tích cho dao động tự do và hiện tượng gãy của các dầm composite sử dụng lý thuyết dầm bậc cao

Acta Mechanica Solida Sinica - Tập 29 - Trang 300-315 - 2016
Guanghui He1,2, Dejiang Wang2, Xiao Yang2
1School of Maritime and Civil Engineering, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, China
2Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai, China

Tóm tắt

Để thỏa mãn các điều kiện liên tục của lực cắt tại bề mặt, một mô hình mới được đề xuất cho dầm composite hai lớp có tương tác một phần bằng cách chỉnh sửa lý thuyết dầm bậc cao của Reddy. Các phương trình vi phân chính governing cho dao động tự do và hiện tượng gãy được thiết lập bằng nguyên lý Hamilton, do đó tần số tự nhiên và lực trục được thu được một cách phân tích thông qua kỹ thuật biến đổi Laplace. Các kết quả phân tích được xác minh thông qua việc so sánh với các mô hình khác đang được sử dụng phổ biến; và mô hình được trình bày được tìm thấy là một mô hình chính xác hơn so với mô hình của Reddy. Một nghiên cứu tham số cũng được thực hiện để điều tra tác động của các thông số hình học và vật liệu.

Từ khóa

#dầm composite #dao động tự do #hiện tượng gãy #lý thuyết dầm bậc cao #biến đổi Laplace #nghiên cứu tham số

Tài liệu tham khảo

Newmark, N.M., Siess, C.P. and Viest, I.M., Tests and analysis of composite beams with incomplete interaction. Proceeding Society for Experimental Stress Analysis, 1951, 19(1): 75–92. Challamel, N. and Girhammar, U., Variationally-based theories for buckling of partial composite beam-columns including shear and axial effects. Engineering Structures, 2011, 33(8): 2297–2319. Grognec, P.L., Nguyen, Q.H. and Hjiaj, M., Exact buckling solution for two-layer Timoshenko beams with interlayer slip. International Journal of Solids and Structures, 2012, 49(1): 143–150. Nguyen, Q.H., Martinelli, E. and Hjiaj, M., Derivation of the exact stiffness matrix for a two-layer Timoshenko beam element with partial interaction. Engineering Structures, 2011, 33(2): 298–307. Schnabl, S. and Planinc, I., The effect of transverse shear deformation on the buckling of two-layer composite columns with interlayer slip. International Journal of Non-Linear Mechanics, 2011, 46(3): 543–553. Schnabl, S., Saje, M., Turk, G. and Planinc, I., Analytical solution of two-layer beam taking into account interlayer slip and shear deformation. Journal of Structural Engineering, 2007, 133(6): 886–894. Xu, R. and Wang, G., Variational principle of partial-interaction composite beams using Timoshenko’s beam theory. International Journal of Mechanical Sciences, 2012, 60(1): 72–83. Xu, R. and Wu, Y., Static, dynamic, and buckling analysis of partial interaction composite members using Timoshenko’s beam theory. International Journal of Mechanical Sciences, 2007, 49(10): 1139–1155. Ayoub, A. and Filippou, F.C., Mixed formulation of nonlinear steel-concrete composite beam element. Joural of structural engineering, 2000, 126(3): 371–381. Cas, B., Saje, M. and Planinc, I., Non-linear finite element analysis of composite planar frames with an interlayer slip. Computers and Structures, 2004, 82(23–26): 1901–1912. Chandrashekhara, K. and Bangera, K.M., Linear and geometrically non-linear analysis of composite beams under transverse loading. Composites Science and Technology, 1993, 47(4): 339–347. Dall’Asta, A. and Zona, A., Comparison and validation of displacement and mixed elements for the nonlinear analysis of continuous composite beams. Computers and Structures, 2004, 82(23–26): 2117–2130. Dall’Asta, A. and Zona, A., Non-linear analysis of composite beams by a displacement approach. Computers and Structures, 2002, 80(27–30): 2217–2228. Chakrabarti, A., Sheikh, A.H., Griffith, M. and Oehlers, D.J., Dynamic response of composite beams with partial shear interaction using a higher-order beam theory. Journal of Structure Engineering, 2013, 139(1): 47–56. Chakrabarti, A., Sheikh, A.H., Griffith, M. and Oehlers, D.J., Analysis of composite beams with partial shear interactions using a higher order beam theory. Engineering Structures, 2012, 36: 283–291. Chakrabarti, A., Sheikh, A.H., Griffith, M. and Oehlers, D.J., Analysis of composite beams with longitudinal and transverse partial interactions using higher order beam theory. International Journal of Mechanical Sciences, 2012, 59(1): 115–125. Reddy, J.N., A simple higher-order theory for laminated composite plates. Journal of Applied Mechanics, 1984, 51(4): 745–752. He, G. and Yang, X., Finite element analysis for buckling of two-layer composite beams using Reddy’s higher order beam theory. Finite Elements in Analysis and Design, 2014, 83: 49–57. Yang, X. and He, G., General analytical method for composite beams’ bending using Reddy’s higher order beam theory. Chinese Journal of Solid Mechanics, 2014, 35(2): 199–208. Subramanian, P., Dynamic analysis of laminated composite beams using higher order theories and finite elements. Composite Structures, 2006, 73(3): 342–353. Li, J., Shi, C., Kong, X., Li, X. and Wu, W., Free vibration of axially loaded composite beams with general boundary conditions using hyperbolic shear deformation theory. Composite Structures, 2013, 97: 1–14. Wu, Y.F., Xu, R. and Chen, W., Free vibrations of the partial-interaction composite members with axial force. Journal of Sound and Vibration, 2007, 299(4–5): 1074–1093. Shen, X., Chen, W., Wu, Y. and Xu, R., Dynamic analysis of partial-interaction composite beams. Composites Science and Technology, 2011, 71(10): 1286–1294. Xu, R. and Chen, D., Variational principles of partial-interaction composite beams. Journal of Engineering Mechanics, 2012, 138(5): 542–551. Kryzanowski, A., Schnabl, S., Turk, G. and Planinc, I., Exact slip-buckling analysis of two-layer composite columns. International Journal of Solids and Structures, 2009, 46(14): 2929–2938. Schnabl, S. and Planinc, I., The influence of boundary conditions and axial deformability on buckling behavior of two-layer composite columns with interlayer slip. Engineering Structures, 2010, 32(10): 3103–3111. Hjiaj, M., Battini, J.M. and Nguyen, Q.H., Large displacement analysis of shear deformable composite beams with interlayer slips. International Journal of Non-Linear Mechanics, 2012, 47(8): 895–904. Timoshenko, S.P. and Goodier, J.N., Theory of Elasticity. New York: McGraw-Hill Book Company, 1951. Huang, C.W. and Su, Y.H., Dynamic characteristics of partial composite beams. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2008, 8(4): 665–685. Xu, R. and Wu, Y.F., Free vibration and buckling of composite beams with interlayer slip by two-dimensional theory. Journal of Sound and Vibration, 2008, 313(3): 875–890. Iurlaro, L., Ascione, A., Gherlone, M., Mattone, M. and Sciuva, M.D., Free vibration analysis of sandwich beams using the Refined Zigzag Theory: an experimental assessment. Advances in the Mechanics of Composite and Sandwich Structures, 2015, 50(10): 2525–2535.