Yujie Zhang;Zhihang Guo;Yimin Gong;Jianzhong Shi;Mohamed Hechmi El Ouni;Farhan Alhosny
Advances in nano research
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v.15
no.2
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pp.175-189
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2023
The under-evaluation structure includes a functionally graded porous (FGP) core which is confined by two piezoelectric carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) layers. The whole structure rests on the Pasternak foundation. Using quasi-3D hyperbolic shear deformation theory, governing equations of a sandwich plate are driven. Moreover, face sheets are subjected to the electric field and the whole model is under thermal loading. The properties of all layers alter continuously along with thickness direction due to the CNTs and pores distributions. By conducting the current study, the results emerged in detail to assess the effects of different parameters on buckling of structure. As instance, it is revealed that highest and lowest critical buckling load and consequently stiffness, is due to the V-A and A-V CNTs dispersion type, respectively. Furthermore, it is revealed that by porosity coefficient enhancement, critical buckling load and consequently, stiffness reduces dramatically. Current paper results can be used in various high-tech industries as aerospace factories.
In this research, we developed a biosensor to detect lung cancer-specific biomarker using Anodic Aluminum Oxide (AAO) chip based on interference and nano surface plasmon resonance (nanoSPR). The nano-porous AAO chip was fabricated $2{\mu}m$ of pore-depth by two-step anodizing method for surface uniformity. NanoSPR has sensitivity to the refractive index (RI) of the surrounding medium and also provides simple and label-free detection when specific antibodies are immobilized to the Au-deposited surface of nano-porous AAO chip. To detect the lung cancer-specific biomarker, antibodies were immobilized on the surface of the chip by Self Assembled Monolayer (SAM) method. Since then lung cancer-specific biomarker was applied atop the antibodies immobilized layer. The specific reaction of the antigen-antibody contributed to the change in the refractive index that cause shift of resonance spectrum in the interference pattern. The Limit of Detection (LOD) was 1 fg/ml by using our nano-porous AAO biosensor chip.
In this study, free vibration behavior of trapezoidal sandwich plates with porous core and two graphene platelets (GPLs) reinforced nanocomposite outer layers are presented. The distribution of pores and GPLs are supposed to be functionally graded (FG) along the thickness of core and nanocomposite layers, respectively. The effective Young's modulus of the GPL-reinforced (GPLR) nanocomposite layers is determined using the modified Halpin-Tsai micromechanics model, while the Poisson's ratio and density are computed by the rule of mixtures. The FSDT plate theory is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions (B.C.s) for trapezoidal plate. The governing equations together with related B.C.s are discretized using a mapping- generalized differential quadrature (GDQ) method in the spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained by GDQ method. Validity of current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. A special attention is drawn to the role of GPLs weight fraction, GPLs patterns of two faces through the thickness, porosity coefficient and distribution of porosity on natural frequencies characteristics. New results show the importance of this permeates on vibrational characteristics of porous/GPLR nanocomposite plates. Finally, the influences of B.C.s and dimension as well as the plate geometry such as face to core thickness ratio on the vibration behaviors of the trapezoidal plates are discussed.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Tarek Merzouki;AhmedAmine Daikh;Aman Garg;Abdelouahed Tounsi;Mohamed A. Eltaher;Mohamed-Ouejdi Belarbi
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.1
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pp.1-11
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2024
This article introduces a novel analytical model for examining the impact of porosity on shear correction factors (SCFs) in functionally graded porous beams (FGPB). The study employs uneven and logarithmic-uneven modified porosity-dependent power-law functions, which are distributed throughout the thickness of the FGP beams. Additionally, a modified exponential-power law function is used to estimate the effective mechanical properties of functionally graded porous beams. The correction factor plays a crucial role in this analysis as it appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant. It compensatesfor the assumption that the shear strain is uniform across the depth of the cross-section. By applying the energy equivalence principle, a general expression for static SCFs in FGPBs is derived. The resulting expression aligns with the findings obtained from Reissner's analysis, particularly when transitioning from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional case (beam). The article presents a convenient algebraic form of the solution and provides new case studies to demonstrate the practicality of the proposed formulation. Numerical results are also presented to illustrate the influence of porosity distribution on SCFs for different types of FGPBs. Furthermore, the article validates the numerical consistency of the mechanical property changesin FG beams without porosity and the SCF by comparing them with available results.
Hadji, Lazreg;Fallah, Ali;Aghdam, Mohammad Mohammadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.2
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pp.151-161
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2022
In this study, the effect of porosity distribution pattern on the free vibration analysis of porous FG plates with various boundary conditions is studied. The material properties of the plate and the porosities within the plate are considered to vary continuously through the thickness direction according to the volume fraction of constituents defined by the modified rule of the mixture, this includes porosity volume fraction with four different types of porosity distribution over the cross-section. The governing partial differential equation of motion for the free vibration analysis is obtained using hyperbolic shear deformation theory. An analytical solution is presented for the governing PDEs for various boundary conditions. Results of the presented solution are compared and validated by the available results in the literature. Moreover, the effects of material and porosity distribution and geometrical parameters on vibrational properties are investigated.
During the manufacture of FGM plates, defects such as porosities can appear. Those can change the entire behavior of these plates. This paper aims to investigate the free vibration characteristics of porous functionally graded (FG) plates resting on elastic foundations. The Young's modulus of the plate is assumed to vary continuously through the thickness according to a power-law formulation, and the Poisson ratio is held constant. Different types of porosity distribution rates are considered. To examine the accuracy of the present formulation, several comparison studies are investigated. Effects of variation of porosity distribution rate, foundation parameter, power-law index and thickness ratio on the fundamental frequency of plates have been investigated.
The present research study emphasizes the utilization of mathematical simulation on a nanoelectromechanical systems (NEMS) sensor to facilitate the detection of injuries in players and equipment. Specifically, an investigation is conducted on the thermal buckling behavior of a small-scale truncated conical, cylindrical beam, which is fabricated using porous functionally graded (FG) material. The beam exhibits non-uniform characteristics in terms of porosity, thickness, and material distribution along both radial and axial directions. To assess the thermal buckling performance under various environmental heat conditions, classical and first-order nonlocal beam theories are employed. The governing equations for thermal stability are derived through the application of the energy technique and subsequently numerically solved using the extended differential quadratic technique (GDQM). The obtained results are comprehensively analyzed, taking into account the diverse range of effective parameters employed in this meticulous study.
Wood-based nanocomposite electrode materials were synthesized for application in supercapacitors by mixing nanostructured hematite (Fe2O3) with highly porous activated carbon (AC) produced from the wood-waste of Pinus roxburghii. The AC was characterized using various instrumental techniques and the results showed admirable electrochemical properties, such as high surface area and reasonable porosity. Firstly, AC was tested as an electrode material for supercapacitors and it showed a specific capacitance of 59.02 Fg-1 at a current density of 1 Ag-1, cycle life of 84.2% after 1,000 cycles (at a current density of 3 Ag-1), and energy density of 5.1 Wh/kg at a power density of 135 Wkg-1. However, when the AC was composited with different ratios of Fe2O3 (1:1, 2:1, and 1:2), there was an overall improvement in its electrochemical performance. Among the 3 ratios, 2:1 (AC:Fe2O3) had the best specific capacitance of 102.42 Fg-1 at 1 Ag-1, cycle life of 94.4% capacitance after 1,000 cycles (at a current density of 3 Ag-1), and energy density of 8.34 Wh/kg at a power density of 395.15 Wkg-1 in 6 M KOH electrolyte in a 3-electrode experimental setup with a high working voltage of 1.55 V. Furthermore, when Fe2O3 was doubled, 1:2 (AC:Fe2O3), the electrochemical capacitive performance of the electrode twisted and deteriorated due to either the accumulation of Fe2O3 particles within the composite or higher bulk resistance value of pure Fe2O3.
The use of functionally graded materials in applications involving severe thermal gradients is quickly gaining acceptance in the composite mechanics community, the aerospace and aircraft industry. In the present study, a refined sandwich plate model is applied to study the free vibration analysis of porous functionally graded material (FGM) sandwich plates with various distribution rate of porosity. Two types of common FG sandwich plates are considered. The first sandwich plate is composed of two FG material (FGM) face sheets and a homogeneous ceramic or metal core. The second one consists of two homogeneous fully metal and ceramic face sheets at the top and bottom, respectively, and a FGM core. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the sandwich plate. The number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported sandwich plates is obtained using Hamilton's principle. In order to present the effect of the variation of the porosity distribution on the dynamic behavior of the FGM sandwich plates, new mixtures are proposed which take into account different rate of porosity distribution between the ceramic and the metal. The present method is applicable to study the dynamic behavior of FGM plates and sandwich plates. The frequencies of two kinds of FGM sandwich structures are analyzed and discussed. Several numerical results have been compared with the ones available in the literature.
Ben Abdallah Medjdoubi;Mohammed Sid Ahmed Houari;Mohamed Sadoun;Aicha Bessaim;Ahmed Amine Daikh;Mohamed-Ouejdi Belarbi;Abdelhak Khechai;Aman Garg;Mofareh Hassan Ghazwani
Coupled systems mechanics
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v.12
no.3
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pp.199-220
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2023
This article presents a new analytical model to study the effect of porosity on the shear correction factors (SCFs) of functionally graded porous beams (FGPB). For this analysis, uneven and logarithmic-uneven porosity functions are adopted to be distributed through the thickness of the FGP beams. Critical to the application of this theory is a determination of the correction factor, which appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant; to compensate for the assumption that the shear strain is uniform through the depth of the cross-section. Using the energy equivalence principle, a general expression is derived from the static SCFs in FGPB. The resulting expression is consistent with the variationally derived results of Reissner's analysis when the latter are reduced from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional one (beam). A convenient algebraic form of the solution is presented and new study cases are given to illustrate the applicability of the present formulation. Numerical results are presented to illustrate the effect of the porosity distribution on the (SCFs) for various FGPBs. Further, the law of changing the mechanical properties of FG beams without porosity and the SCFare numerically validated by comparison with some available results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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