Mechanical buckling of cylindrical shells with varying material properties

Abstract

The analytical solutions of the first-order shear deformation theory are developed to study the buckling behaviour of functionally graded (FG) cylindrical shells under three types of mechanical loads. The Poisson's ratios of the FG cylindrical shells are assumed to be constant, while the Young's moduli vary continuously throughout the thickness direction according to the volume fraction of constituents given by power-law or exponential function. The stability equations are employed to obtain the closed-form solutions for critical buckling loads of each loading case. The dependence of the critical buckling loads on the variations of the material properties with a power-law or exponential function is studied. It is observed that these effects change appreciably the critical buckling loads. Results for critical loads are tabulated for thin and moderately thick shells. Although the critical buckling load of FG cylindrical shells decreases as the circumferential wave numbers increase, it rises for axially compressed long shells as the longitudinal wave numbers increase.

Temperature-dependent nonlinear behaviour of thin rectangular plates exposed to through-depth thermal gradients

“…Typical values for these coefficients can be found in Reddy and Chin [23]. Expression (41) is commonly used for analysis of FG plates, in which the material properties vary continuously throughout the thickness direction according to the volume fraction of constituents given by either a power-law distribution [24,25] or an exponential function [26]. For instance, the material property P is expressed as…”

Dynamic Stability of Bi-Directional Functionally Graded Porous Cylindrical Shells Embedded in an Elastic Foundation

“…Due to the general lack of works in the literature on the dynamic buckling behavior of BD-FG porous cylindrical shells, the proposed model is validated, herein, for an axial buckling problem of a simply supported conventional FG cylindrical shell based on two different theories. Thus, for comparative purposes, we select the same material properties and shell geometry as reported in [48,61], and neglect the inertia terms, foundation parameters and porosity effects, while assuming a null value for n x . In Table 1 we summarize the results in terms of critical axial buckling load F cr for a FG cylindrical shell with h = 0.001 m, L/R = 0.5, E c = 380 GPa, E m = 70 GPa, ν = 0.3, c = 0, with a clear excellent agreement between our results and predictions in Ref.…”

Investigation of panel flutter of functionally graded circular cylindrical shells

“…Из этих таблиц видно, что форма потери устойчивости определяется жесткостью материала оболочки, и в случае ФГ-материала она может отличаться от форм потери устойчивости составляющих материалов. В случае механической нагрузки такая зависимость имеет место для критических значений осевого усилия, тогда как критические значения бокового или гидростатического давлений не зависят от консистенции ФГ-материала и, как показано в [7], определяются только геометрическими размерами оболочки.…”

“…По сравнению со слоистыми композитами для таких материалов характерно непрерывное и гладкое изменение механических и физических свойств по толщине конструкции. Улучшенные эксплуатационные характеристики изделий, выполненных из функционально-градиентных материалов, привлекли внимание инженеров из многих отраслей техники, что способствовало появлению обширного ряда работ по исследованию статических и динамических свойств таких конструкций под воздействием механических, температурных или аэродинамических нагрузок [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16]. В частности, анализ панельного флаттера круговых цилиндрических оболочек, обтекаемых сверхзвуковым потоком газа, представлен в работах [17][18].…”