This paper attempts to investigate the free vibration of functionally graded material beams with nonuniform width based on the nonlocal elasticity theory. The theoretical formulations are established following the Euler-Bernoulli beam theory, and the governing equations of motion of the system are derived from the minimum total potential energy principle using the nonlocal elasticity theory. In addition, the Differential Quadrature Method (DQM) is applied, along with the Chebyshev-Gauss-Lobatto polynomials, in order to determine the weighting coefficient matrices. Furthermore, the effects of the nonlocal parameter, cross-section area of the functionally graded material (FGM) beam and various boundary conditions on the natural frequencies are examined. It is observed that the nonlocal parameter and boundary conditions significantly influence the natural frequencies of the functionally graded material beam cross-section. The results obtained, using the Differential Quadrature Method (DQM) under various boundary conditions, are found in good agreement with analytical and numerical results available in the literature.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.04a
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pp.528-532
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2013
In this study, an analytical model of micro-beam structure including thermoelastic damping with irregularly distributed masses is investigated. The significance of thermoelastic damping for micro-scale mechanical resonators is evaluated to design -with high quality factor(Q-factor). The beam model of this work is based on Euler-Bernoulli beam theory. In order to determine the natural frequency of the model, energy method is applied. Also, the thermoelatic damping effects are considered by using heat conduction equations, and the Q-factor can be determined. To derive the equation of motion, non-dimensionalization is employed for systematic analysis. Results of the model are verified, and present mode shapes and Q-factors for the micro-beam with thermoelastic damping including random point masses.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.1
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pp.13-22
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2013
This paper deals with a novel method for numerical analyses of the tapered geometrical non-linear beam with three unknown parameters, subjected a floating point load. The beams with hinged-movable end constraint are chosen as the objective beam. Cross sections of the beam whose flexural rigidities are functionally varied with the axial coordinate. The first order simultaneous differential equations governing the elastica of such beam are derived on the basis of the Bernoulli-Euler beam theory. A novel numerical method for solving these equations is developed by using the iteration technique. The processes of the solution method are extensively discussed through a typical numerical example. For validating theories developed herein, laboratory scaled experiments are conducted.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.2
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pp.129-138
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2012
This paper deals with geometrical non-linear analyses of the tapered variable-arc-length beam, subjected to the combined load with an end moment and a point load. The beam is supported by a hinged end and a frictionless sliding support so that the axial length of the deformed beam can be increased by its load. Cross sections of the beam whose flexural rigidities are functionally varied with the axial coordinate. The simultaneous differential equations governing the elastica of such beam are derived on the basis of the Bernoulli-Euler beam theory. These differential equations are numerically solved by the iteration technique for obtaining the elastica of the deformed beam. For validating theories developed herein, laboratory scaled experiments are conducted.
Cell components play vital role within the cell when the cell under goes deformation. These components are microtubules, microfilaments and intermediate filaments. Intermediate filaments are like thread and are of different types. Like microtubules and microfilaments these components also undergo the deformation and their dynamics affected when change occurs within cell. In the present study, bending of intermediate filaments are studied keeping the nonlocal effects under consideration. It is observed that the nonlocal parameter has a great impact on the dynamics of intermediate filaments. This study is made by the application of Euler beam theory.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.105-120
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2018
In this paper, the nonlinear free and forced vibration responses of sandwich nano-beams with three various functionally graded (FG) patterns of reinforced carbon nanotubes (CNTs) face-sheets are investigated. The sandwich nano-beam is resting on nonlinear Visco-elastic foundation and is subjected to thermal and electrical loads. The nonlinear governing equations of motion are derived for an Euler-Bernoulli beam based on Hamilton principle and von Karman nonlinear relation. To analyze nonlinear vibration, Galerkin's decomposition technique is employed to convert the governing partial differential equation (PDE) to a nonlinear ordinary differential equation (ODE). Furthermore, the Multiple Times Scale (MTS) method is employed to find approximate solution for the nonlinear time, frequency and forced responses of the sandwich nano-beam. Comparison between results of this paper and previous published paper shows that our numerical results are in good agreement with literature. In addition, the nonlinear frequency, force response and nonlinear damping time response is carefully studied. The influences of important parameters such as nonlocal parameter, volume fraction of the CNTs, different patterns of CNTs, length scale parameter, Visco-Pasternak foundation parameter, applied voltage, longitudinal magnetic field and temperature change are investigated on the various responses. One can conclude that frequency of FG-AV pattern is greater than other used patterns.
This article is concerned with the free vibration problem for chiral double-walled carbon nanotube (DWCNTs) modelled using the non-local elasticity theory and Euler Bernoulli beam model. According to the governing equations of non-local Euler Bernoulli beam theory and the boundary conditions, the analytical solution is derived and two branches of transverse wave propagating are obtained. The numerical results obtained provide better representations of the vibration behaviour of double-walled carbon nanotube, where the aspect ratio of the (DWCNTs), the vibrational mode number, the small-scale coefficient and chirality of double-walled carbon nanotube on the frequency ratio (${\chi}^N$) of the (DWCNTs) are significant. In this work, the numerical results obtained can be used to predict and prevent the phenomenon of resonance for the forced vibration analyses of double -walled carbon nanotubes.
Multiple-step beams carrying intermediate lumped masses with/without rotary inertias are widely used in engineering applications, but in the literature for free vibration analysis of such structural systems; Bernoulli-Euler Beam Theory (BEBT) without axial force effect is used. The literature regarding the free vibration analysis of Bernoulli-Euler single-span beams carrying a number of spring-mass systems, Bernoulli-Euler multiple-step and multi-span beams carrying multiple spring-mass systems and multiple point masses are plenty, but that of Timoshenko multiple-step beams carrying intermediate lumped masses and/or rotary inertias with axial force effect is fewer. The purpose of this paper is to utilize Numerical Assembly Technique (NAT) and Differential Transform Method (DTM) to determine the exact natural frequencies and mode shapes of the axial-loaded Timoshenko multiple-step beam carrying a number of intermediate lumped masses and/or rotary inertias. The model allows analyzing the influence of the shear and axial force effects, intermediate lumped masses and rotary inertias on the free vibration analysis of the multiple-step beams by using Timoshenko Beam Theory (TBT). At first, the coefficient matrices for the intermediate lumped mass with rotary inertia, the step change in cross-section, left-end support and right-end support of the multiple-step Timoshenko beam are derived from the analytical solution. After the derivation of the coefficient matrices, NAT is used to establish the overall coefficient matrix for the whole vibrating system. Finally, equating the overall coefficient matrix to zero one determines the natural frequencies of the vibrating system and substituting the corresponding values of integration constants into the related eigenfunctions one determines the associated mode shapes. After the analytical solution, an efficient and easy mathematical technique called DTM is used to solve the differential equations of the motion. The calculated natural frequencies of Timoshenko multiple-step beam carrying intermediate lumped masses and/or rotary inertias for the different values of axial force are given in tables. The first five mode shapes are presented in graphs. The effects of axial force, intermediate lumped masses and rotary inertias on the free vibration analysis of Timoshenko multiple-step beam are investigated.
This paper presents a sliding mode controller based on variable structure for the tip position control of a single-link flexible manipulator. Dynamic equations of a single-link flexible manipulator are derived from the Euler-Lagrange equation using a Lagrangian assumed modes method based on Bernoulli-Euler Beam theory. Simulation results are presented to show the validity of the system modeling, controller design.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.927-931
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2005
Carbon nanotube actuator, working under physical conditions (in aqueous solution) and converting electrical energy into mechanical energy directly, can be a good substitute for artificial muscle. The carbon nanotube actuator simulated in this paper is an isotropic cantilever type with an adhesive tape which is sandwiched between two single-walled carbon nanotubes. For predicting the static and dynamic characteristic parameters, the analytical model for a 3 layer bimorph carbon nanotube actuator is developed by using Euler-Bernoulli beam theory. The governing equation and boundary conditions are derived from energy principles. The induced displacements of the theoretical model are presented in order to investigate the performance of the carbon nanotube actuator with different control voltages. The developed model presents invaluable means for designing and predicting the performance of carbon nanotube actuator that can be used in artificial muscle applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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