Elasticity Interior Solution for Orthotropic Strips and the Accuracy of Beam Theories

In this paper the first exact interior solution to Einstein's field equations for a static and nonuniform braneworld star with local and nonlocal bulk terms is presented. It is shown that the bulk Weyl scalar [Formula: see text] is always negative inside the stellar distribution, and in consequence it reduces both the effective density and the effective pressure. It is found that the anisotropy generated by bulk gravity effect has an acceptable physical behavior inside the distribution. Using a Reissner–Nördstrom-like exterior solution, the effects of bulk gravity on pressure and density are found through matching conditions.

Download Full-text

A Refined Theory for Bending Vibratory Analysis of Thick Functionally Graded Beams

Mathematics ◽

10.3390/math9121422 ◽

2021 ◽

Vol 9 (12) ◽

pp. 1422

Author(s):

Youssef Boutahar ◽

Nadhir Lebaal ◽

David Bassir

Keyword(s):

Beam Theory ◽

Functionally Graded ◽

Effective Characteristics ◽

Hyperbolic Function ◽

Transverse Displacement ◽

Refined Theory ◽

Distribution Law ◽

Fg Beam ◽

The Impact ◽

Beam Theories

A refined beam theory that takes the thickness-stretching into account is presented in this study for the bending vibratory behavior analysis of thick functionally graded (FG) beams. In this theory, the number of unknowns is reduced to four instead of five in the other approaches. Transverse displacement is expressed through a hyperbolic function and subdivided into bending, shear, and thickness-stretching components. The number of unknowns is reduced, which involves a decrease in the number of the governing equation. The boundary conditions at the top and bottom FG beam faces are satisfied without any shear correction factor. According to a distribution law, effective characteristics of FG beam material change continuously in the thickness direction depending on the constituent’s volume proportion. Equations of motion are obtained from Hamilton’s principle and are solved by assuming the Navier’s solution type, for the case of a supported FG beam that is transversely loaded. The numerical results obtained are exposed and analyzed in detail to verify the validity of the current theory and prove the influence of the material composition, geometry, and shear deformation on the vibratory responses of FG beams, showing the impact of normal deformation on these responses which is neglected in most of the beam theories. The obtained results are compared with those predicted by other beam theories. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the bending and free vibration responses of FG beams.

Download Full-text

AI-Timoshenko: Automatedly Discovering Simplified Governing Equations for Applied Mechanics Problems from Simulated Data

Journal of Applied Mechanics ◽

10.1115/1.4051334 ◽

2021 ◽

pp. 1-37

Author(s):

Zhanchao Huang ◽

Chunjiang Li ◽

Z. L. Huang ◽

Yong Wang ◽

Hanqing Jiang

Keyword(s):

Finite Element Method ◽

Simulated Data ◽

Data Driven ◽

Trial And Error ◽

Applied Mechanics ◽

Governing Equations ◽

Displacement Fields ◽

3D Finite Element ◽

3D Finite Element Method ◽

Beam Theories

Abstract The simplified governing equations of applied mechanics play a pivotal role and were derived based on ingenious assumptions or hypotheses regarding the displacement fields for specific problems. In this paper, we introduce a data-driven method by the name AI-Timoshenko in honor of Timoshenko, father of applied mechanics, to automatically discover simplified governing equations for applied mechanics problems directly from discrete data simulated by the 3D finite element method. This liberates applied mechanicians from burdensome labor, including assumptions, derivation, and trial and error. The simplified governing equations for Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are successfully rediscovered using the present AI-Timoshenko method, which shows that this method is capable of discovering simplified governing equations for applied mechanics problems.

Download Full-text

Linear and non-linear elastic stability of beams by higher order beam theories

10.12681/eadd/46061 ◽

2019 ◽

Author(s):

Αμαλία Αργυρίδη

Keyword(s):

Elastic Stability ◽

Higher Order ◽

Linear Elastic ◽

Non Linear ◽

Fortran 90 ◽

Beam Theories

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνάται η γραμμική και μη γραμμική ελαστική ευστάθεια ράβδων διαμέσου θεωριών δοκού ανώτερης τάξης. Προκειμένου να υλοποιηθεί αυτό, το πρώτο βήμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η εξέταση του στρεπτοκαμπτικού λυγισμού σύμμικτων δοκών λαμβάνοντας υπόψη τα φαινόμενα της στρέβλωσης (εκτός επιπέδου παραμόρφωση) και την διατμητικής υστέρησης (διαφοροποίηση της κλασσικής κατανομής ορθών τάσεων) λόγω κάμψης και στρέψης. Στο δεύτερο βήμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής, μορφώνεται το πρόβλημα της γραμμικής κα μη γραμμικής στατικής ανάλυσης ομογενών δοκών λαμβάνοντας υπόψη τα φαινόμενα της αξονικής στρέβλωσης και της διαστρέβλωσης (εντός επιπέδου παραμόρφωση) επιπρόσθετα σε εκείνα λόγω της καμπτικής και στρεπτικής συμπεριφοράς της δοκού διαμέσου του σχήματος διαδοχικής ισορροπίας που υιοθετείται (πλεονεκτήματα έναντι προβλημάτων ιδιοτιμών). Κύριο τμήμα του δεύτερου βήματος αποτελεί η διατύπωση, η αρχικοποίηση και η επίλυση των προβλημάτων συνοριακών τιμών που αφορούν στον υπολογισμό των αξονικών μορφών στρέβλωσης και διαστρέβλωσης διαμέσου του σχήματος διαδοχικής ισορροπίας. Στο προτελευταίο βήμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής, οι προηγούμενα αναπτυγμένες αξονικές μορφές στρέβλωσης και διαστρέβλωσης μαζί με τις αντίστοιχες καμπτικές και στρεπτικές χρησιμοποιούνται προκειμένου να μορφωθεί και να επιλυθεί το πρόβλημα της γραμμικής ελαστικής ευστάθειας δοκών. Στο τελευταίο βήμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής, διεξάγεται μη γραμμική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη τα φαινόμενα της στρέβλωσης και της διαστρέβλωσης λόγω αξονικής, διατμητικής, καμπτικής και στρεπτικής δομικής συμπεριφοράς και πραγματοποιείται σύγκριση με τα αντίστοιχα αποτελέσματα που λαμβάνονται στην περίπτωση όπου λαμβάνεται υπόψη μόνο η στρέβλωση και η διατμητική υστέρηση λόγω κάμψης και στρέψης. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις η διατομή της δοκού είναι τυχούσα, ενώ ο λόγος του Poisson λαμβάνεται υπόψη στον υπολογισμό των αξονικών, καμπτικών και στρεπτικών μορφών στρέβλωσης και διαστρέβλωσης. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή χρησιμοποιούνται δύο αριθμητικές μέθοδοι. Η πρώτη είναι η μέθοδος των συνοριακών στοιχείων που χρησιμοποιείται για την επίλυση των προβλημάτων συνοριακών τιμών που αφορούν στον υπολογισμό των αξονικών, καμπτικών και στρεπτικών μορφών στρέβλωσης και διαστρέβλωσης και των γεωμετρικών σταθερών. Η δεύτερη μέθοδος είναι η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιείται για τη διακριτοποίηση των και την επίλυση των καθολικών εξισώσεων ισορροπίας της δοκού. Στη βάση των αναλυτικών και αριθμητικών μεθόδων που παρουσιάζονται στην παρούσα διδακτορική διατριβή έχουν γραφτεί προγράμματα σε FORTRAN 90/95 και έχουν μελετηθεί αντιπροσωπευτικά αριθμητικά παραδείγματα. Επιπρόσθετα, έχουν γραφτεί scripts σε MATLAB προκειμένου να ερμηνευθούν τα αποτελέσματα διαμέσου δισδιάστατων και τρισδιάστατων γραφημάτων της δοκού. Η ακρίβεια και η αξιοπιστία των προτεινόμενων μεθόδων επιβεβαιώνονται μέσω αριθμητικών παραδειγμάτων που αντλούνται από τη βιβλιογραφία και αποτελεσμάτων που εξάγονται από αναλύσεις τρισδιάστατων και επιφανειακών πεπερασμένων στοιχείων.

Download Full-text