In this article, buckling and free vibration of functionally graded (FG) nanobeams resting on elastic foundation are investigated by developing various higher order beam theories which capture shear deformation influences through the thickness of the beam without the need for shear correction factors. The elastic foundation is modeled as linear Winkler springs as well as Pasternak shear layer. The material properties of FG nanobeam are supposed to change gradually along the thickness through the Mori-Tanaka model. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. From Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of motion are derived and then solved applying analytical solution. To verify the validity of the developed theories, the results of the present work are compared with those available in literature. The effects of shear deformation, elastic foundation, gradient index, nonlocal parameter and slenderness ratio on the buckling and free vibration behavior of FG nanobeams are studied.
In this study, frost behavior on two dimensional fins of a heat exchanger was experimentally investigated. Temperature distribution on a 2-D fin surface and frost properties were measured in the directions perpendicular to and parallel to airflow. The results indicated that the temperature gradient in the direction perpendicular to airflow was large because of fin heat conduction, while that in the direction parallel to airflow was very small. Frost thickness in the airflow direction decreased from the leading edge towards the trailing edge of the fin due to leading edge effect. The reduction rate of frost thickness in the airflow direction, however, was very small compared with that in the direction perpendicular to the airflow, as affected by the temperature distribution.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.459-464
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2010
The dynamic propagation of an interface crack between two dissimilar functionally graded layers under anti-plane shear is analyzed using the integral transform method. The properties of the functionally graded layers vary continuously along the thickness. A constant velocity Yoffe-type moving crack is considered. Fourier transform is used to reduce the problem to a dual integral equation, which is then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate (DERR) are presented. Followings are helpful to increase of the resistance of the interface crack propagation of FGM: a) increase of the gradient of material properties; b) increase of the material properties from the interface to the upper and lower free surface; c) increase of the thickness of FGM layer. The DERR increases or decreases with increase of the crack moving velocity.
Aizikovich, Sergey M.;Mitrin, Boris I.;Seleznev, Nikolai M.;Wang, Yun-Che;Volkov, Sergey S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.4
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pp.613-625
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2016
Contact interaction of a beam (flexible element) with an elastic half-plane is considered, when a soft inhomogeneous (functionally graded) interlayer is present between them. The beam is bent under the action of a distributed load applied to the surface and a reaction of the elastic interlayer and the half-space. Solution of the contact problem is obtained for different values of thickness and parameters of inhomogeneity of the layer. The interlayer is assumed to be significantly softer than the underlying half-plane; case of 100 times difference in Young's moduli is considered as an example. The influence of the interlayer thickness and gradient of elastic properties on the distribution of the contact stresses under the beam is studied.
This paper focuses on post-buckling analysis of functionally graded Timoshenko beam subjected to thermal loading by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. Material properties of the beam change in the thickness direction according to a power-law function. The beam is clamped at both ends. The considered highly non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. As far as the authors know, there is no study on the post-buckling analysis of functionally graded Timoshenko beams under thermal loading considering full geometric non-linearity investigated by using finite element method. The convergence studies are made and the obtained results are compared with the published results. In the study, with the effects of material gradient property and thermal load, the relationships between deflections, end constraint forces, thermal buckling configuration and stress distributions through the thickness of the beams are illustrated in detail in post-buckling case.
A new simple solution for critical buckling of FG sandwich plates under axial and biaxial loads is presented using new modified power-law formulations. Both even and uneven distributions of porosity are taken into account in this study. Material properties of the sandwich plate faces are assumed to be graded in the thickness direction according to a modified power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Equilibrium and stability equations of FG sandwich plate with various boundary conditions are derived using the higher-order shear deformation plate theory. The results reveal that the distribution shape of the porosity, the gradient index, loading type and functionally graded layers thickness have significant influence on the buckling response of functionally graded sandwich plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.8
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pp.1276-1290
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1997
The previous elastic stiffness formulas of leaf type holddown spring assemblies(HDSs) have been corrected and extended to be able to consider the point of taper runout for the TT-HDS and all the strain energies for both the TT-HDS and the TW-HDS based on Euler beam theory and Castigliano'stheorem. The elastic stiffness sensitivity of the leaf type holddown spring assemblies was analyzed using the derived elastic stiffness formulas and their gradient vectors obtained from the mid-point formula. As a result of the sensitivity analysis, the elastic stiffness sensitivity at each design variable is quantified and design variables having remarkable sensitivity are identified. Among the design variables, leaf thickness is identified as that of having the most remarkable sensitivity of the elastic stiffness. In addition, it was found that the sensitivity of the leaf type HDS's elastic stiffness is exponentially correlated to the leaf thickness.
This article presents the bending analysis of FGM rectangular plates resting on non-uniform elastic foundations in thermal environment. Theoretical formulations are based on a recently developed refined shear deformation theory. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the plate. The present theory satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. Unlike the conventional trigonometric shear deformation theory, the present refined shear deformation theory contains only four unknowns as against five in case of other shear deformation theories. The material properties of the functionally graded plates are assumed to vary continuously through the thickness, according to a simple power law distribution of the volume fraction of the constituents. The elastic foundation is modeled as non-uniform foundation. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical examples cover the effects of the gradient index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio and elastic foundation parameters on the thermo-mechanical behavior of functionally graded plates. Numerical results show that the present theory can archive accuracy comparable to the existing higher order shear deformation theories that contain more number of unknowns.
Abdelhak, Zohra;Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Adda Bedia, E.A.
Smart Structures and Systems
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v.18
no.2
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pp.267-291
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2016
In this research work, an exact analytical solution for thermal buckling analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates with clamped boundary condition subjected to uniform, linear, and non-linear temperature rises across the thickness direction is developed. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. A power law distribution is used to describe the variation of volume fraction of material compositions. Equilibrium and stability equations are derived based on the present refined theory. The non-linear governing equations are solved for plates subjected to simply supported and clamped boundary conditions. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. The effects of aspect and thickness ratios, gradient index, on the critical buckling are all discussed.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.85-86
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2006
A theoretical model is applied to the analysis of thermomechanical properties of $Al-SiC_p$ FGMs in this study. Functionally graded $Al-SiC_p$ composites ($Al-SiC_p$ FGMs) consisted with 10 layers gradually changing volume fractions of Al and $SiC_p$ were fabricated using the pressureless infiltration technique. $Al-SiC_p$ FGMs plates of total thickness of 3mm, 5mm and 7mm with fairly uniform distribution and compositional gradient of $SiC_p$ reinforcement in the Al matrix throughout the thickness was successfully fabricated. The curvature of $Al-SiC_p$ FGM plates was measured to check the internal stress distribution predicted via a theoretical model for the analysis of thermo-mechanical deformation. The evolution of curvature and also internal stresses in response to temperature variations could be predicted for the different combinations of geometric thickness of FGM plates. Theoretical prediction of thermally induced stress distribution makes it possible to design FGM structures without any critical failure during the usage of them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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