This paper presents a study of geometric nonlinear forced vibration of carbon nano-tubes (CNTs) reinforcement composite plates on nonlinear elastic foundations. The plate is bonded with piezoelectric layers. The von Karman geometric nonlinearity assumptions with classical plate theory are employed to obtain the governing equations. The Galerkin and homotopy perturbation method (HPM) are utilized to investigate the effect of carbon nano-tubes volume fractions, large amplitude vibrations, elastic foundation parameters, piezoelectric applied voltage on frequency ratio and primary resonance. The results indicate that the carbon nano-tube volume fraction, applied voltage and elastic foundation parameters have significant effect on the hardening response of carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) plates.
In this paper, the forced resonance vibration of porous functionally graded (FG) curved nanobeam is examined. In order to capture the hardening and softening mechanisms of nanostructure, the nonlocal strain gradient theory is employed to build the size-dependent model. Using the Timoshenko beam theory together with the Hamilton principle, the equations of motion for the curved nanobeam are derived. Then, Navier series are used in order to obtain the dynamical deflections of the porous FG curved nanobeam with simply-supported ends. It is found that the resonance position of the nanobeam is very sensitive to the nonlocal and strain gradient parameters, material variation, porosity coefficient, as well as geometrical conditions. The results indicate that the resonance position is postponed by increasing the strain gradient parameter, while the nonlocal parameter has the opposite effect on the results. Furthermore, increasing the opening angle or length-to-thickness ratio will result in resonance position moves to lower-load frequency.
Hard materials such as hardmetal, coated hardmetal, cermet, ceramics and diamond or c-BN sintered compact are a kind of grain-dispersed alloy with high volume of hard particles. These are used for cutting tools, wear-resistant tools, rock bits, high pressure apparatus, etc. The annual production in Japan is about 1.7 billion dollars (200 billion yen). This is greatly owed to the development in science and technology which has been accomplished by applying new concepts such as fine or uniform grain microstructure, orientation of crystal grains, functionally graded material, artificial lattice and coherent bonding in recent years. In this review, the development in recent years in Japan is briefly summarized.
Using the infinitesimal theory of elasticity and analytical formulation based on the first-order shear deformation theory (FSDT) is presented for axisymmetric thick-walled cylinders made of functionally graded materials under internal and/or external uniform pressure. The material is assumed to be isotropic heterogeneous with constant Poisson's ratio and radially exponentially varying elastic modulus. At first, general governing equations of the FGM thick cylinders are derived by assumptions of the FSDT. Then the obtained equations are solved under the generalized clamped-clamped conditions. The results are compared with the findings of both FSDT and finite element method (FEM).
The purpose of the present paper is to study the bending and free vibration of Functionally Graded Material (FGM) plate using user-defined material subroutine on the finite element software ABAQUS. The FGM plate is simply supported and subjected to sinusoidal and uniform load. The Poisson's ratio is kept constant. The results obtained compared to those available in the literature show the convergence, the exactitude and the efficiency of the method used with various power index of the materials.
Rossit, Carlos A.;Bambill, Diana V.;Gilardi, Gonzalo J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.6
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pp.703-711
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2018
In this paper is studied the effect of considering the theory of Timoshenko in the vibration of AFG beams that support ground masses. As it is known, Timoshenko theory takes into account the shear deformation and the rotational inertia, provides more accurate results in the general study of beams and is mandatory in the case of high frequencies or non-slender beams. The Rayleigh-Ritz Method is employed to obtain approximated solutions of the problem. The accuracy of the procedure is verified through results available in the literature that can be represented by the model under study. The incidence of the Timoshenko theory is analyzed for different cases of beam slenderness, variation of its cross section and compositions of its constituent material, as well as different amounts and positions of the attached masses.
Taleb, Ouahiba;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bessaim, Aicha;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.4
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pp.369-383
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2018
In this work, a novel hyperbolic shear deformation theory is developed for free vibration analysis of the simply supported functionally graded plates in thermal environment and the FGM having temperature dependent material properties. This theory has only four unknowns, which is even less than the other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, without the shear correction factor. The present one has a new displacement field which introduces undetermined integral variables. Equations of motion are obtained by utilizing the Hamilton's principles and solved via Navier's procedure. The convergence and the validation of the proposed theoretical model are performed to demonstrate the efficacy of the model.
A numerical study is performed to investigate the impacts of thermal loading on the vibration and buckling of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) conical shells. Thermo-mechanical properties of constituents are considered to be temperature-dependent. Considering the shear deformation theory, the energy functional is derived, and applying the variational differential quadrature (VDQ) method, the mass and stiffness matrices are obtained. The shear correction factors are accurately calculated by matching the shear strain energy obtained from an exact three-dimensional distribution of the transverse shear stresses and shear strain energy related to the first-order shear deformation theory. Numerical results reveal that considering temperature-dependent material properties plays an important role in predicting the thermally induced vibration of FG-CNTRC conical shells, and neglecting this effect leads to considerable overestimation of the stiffness of the structure.
As a first attempt, an inverse hybrid numerical method for small scale parameter estimation of functionally graded (FG) nanobeams using measured frequencies is presented. The governing equations are obtained with the Eringen's nonlocal elasticity assumptions and the first-order shear deformation theory (FSDT). The equations are discretized by using the differential quadrature method (DQM). The discretized equations are transferred from temporal domain to frequency domain and frequencies of the nanobeam are obtained. By applying random error to these frequencies, measured frequencies are generated. The measured frequencies are considered as input data and inversely, the small scale parameter of the beam is obtained by minimizing a defined functional. The functional is defined as root mean square error between the measured frequencies and calculated frequencies by the DQM. Then, the conjugate gradient (CG) optimization method is employed to minimize the functional and the small scale parameter is obtained. Efficiency, convergence and accuracy of the presented hybrid method for small scale parameter estimation of the beams for different applied random error, boundary conditions, length-to-thickness ratio and volume fraction coefficients are demonstrated.
In this paper presents bending characteristic of single wall carbon nanotube reinforced functionally graded composite (SWCNTRC-FG) plates. The finite element implementation of bending analysis of laminated composite plate via well-established higher order shear deformation theory (HSDT). A seven degree of freedom and $C^0$ continuity finite element model using eight noded isoperimetric elements is developed for precise computation of deflection and stresses of SWCNTRC plate subjected to sinusoidal transverse load. The finite element implementation is carried out through a finite element code developed in MATLAB. The results obtained by present approach are compared with the results available in the literatures. The effective material properties of the laminated SWCNTRC plate are used by Mori-Tanaka method. Numerical results have been obtained with different parameters, width-to-thickness ratio (a/h), stress distribution profile along thickness direction, different SWCNTRC-FG plate, boundary condition, through the thickness (z/h) ratio, volume fraction of SWCNT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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