The electro-magneto- thermo-elastic behavior of a rotating functionally graded long hollow cylinder with functionally graded piezoelectric (FGPM) layers is analytically analyzed. The layers are imperfectly bonded to its inner and outer surfaces. The hybrid cylinder is placed in a constant magnetic field subjected to a thermo-electro-mechanical loading and could be rested on a Winkler-type elastic foundation. The material properties of the FGM cylinder and radially polarized FGPM layers are assumed to be graded in the radial direction according to the power law. The hybrid cylinder is rotating about its axis at a constant angular velocity. The governing equations are solved analytically and then stresses, displacement and electric potential distribution are calculated. Numerical examples are given to illustrate the effects of material in-homogeneity, magnetic field, elastic foundation, applied voltage, imperfect interface and thermo-mechanical boundary condition on the static behavior of a FG smart cylinder.
Kim, Sung-Kyun;Choi, Jong-Woon;Kim, Young-June;Park, Sang-Yun;Song, Oh-Seop
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.136-142
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2011
The equations of motion for composite plates incorporating magneto-thermo-elastic effects have been derived via Hamilton's principle. In order to get the insight into the implications of a number of geometrical and physical features of the system, the vibrational responses of finite composite rectangular plates immersed in a transversal magnetic field are investigated by applying the extended Galerkin method. The vibration response characteristics of a composite plate are exploited in connection with the magnetic field intensity, thermal load, and electric conductivity of fibrous composite materials. Some pertinent conclusions, which highlight the various effects induced by the magneto-thermo-elastic couplings, are outlined.
In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
Under thermal environment, Magneto-Electro-Elastic (MEE) material exhibits pyroelectric and pyromagnetic effects which can be used for enhancing the performance of MEE sensors. Recently studies have been published on material constants such as pyroelectric constant and pyromagnetic constant for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the main aim of this paper is to study the pyroelectric and pyromagnetic effects on behavior of MEE plate under different boundary conditions subjected to uniform temperature. A numerical study is carried out using eight noded brick finite element under uniform temperature rise of 100 K. The study focused on the pyroelectric and pyromagnetic effects on system parameters like displacements, thermal stresses, electric potential, magnetic potential, electric displacements and magnetic flux densities. It is found that, there is a significant increase in electric potential due to the pyroelectric and pyromagnetic effects. These effects are visible on electric and magnetic potentials when CFFC and FCFC boundary conditions are applied. Additionally, the pyroelectric and pyromagnetic effects at free edge is dominant (nearly thrice the value in CFFC in comparison with FCFC) than at middle of the plate. This study is a significant contribution to sensor applications.
A matrix method for evaluating effective electro-magneto-thermo-elastic properties of a generally anisotropic multilayered composite is presented. Physical variables are categorized into two groups: one that satisfies the continuity across the interface between layers and another that satisfies an average inter-layer compatibility (which is also exact). The coupled electro-magneto-thermo-elastic constitutive equation is accordingly reassembled into submatrices, which leads to the derivation of concise and exact matrix expressions for effective properties of a multilayered composite having the coupled physical effects. Comparing the results for a purely elastic multiplayer with those from other theoretical approaches validates the developed method. Examples are given for a PZT-graphite/epoxy composite and a $BaTiO_3-CoFe_2O_4$ multiplayer which exhibit piezo-thermoelastic and magnetoelectric properties, respectively. The result shows how a strong magnetoelectric effect can be achieved by combining piezoelectric and piezomagnetic materials in a multilayered structure. The magnetoelectric coefficient of the $BaTiO_3-CoFe_2O_4$ multiplayer is compared with those for fibrous and particulate composites fabricated with the same constituents.
By employing a quasi-3D plate formulation, the present research studies static stability of magneto-electro-thermo-elastic functional grading (METE-FG) nano-sized plates. Accordingly, influences of shear deformations as well as thickness stretching have been incorporated. The gradation of piezo-magnetic and elastic properties of the nano-sized plate have been described based on power-law functions. The size-dependent formulation for the nano-sized plate is provided in the context of nonlocal elasticity theory. The governing equations are established with the usage of Hamilton's rule and then analytically solved for diverse magnetic-electric intensities. Obtained findings demonstrate that buckling behavior of considered nanoplate relies on the variation of material exponent, electro-magnetic field, nonlocal coefficient and boundary conditions.
The present research deals with the time-harmonic deformation in transversely isotropic magneto thermoelastic solid with two temperature (2T), rotation due to inclined load and laser pulse. Generalized theory of thermoelasticity has been formulated for this mathematical model. The entire thermo-elastic medium is rotating with uniform angular velocity and subjected to thermally insulated and isothermal boundaries. The inclined load is supposed to be a linear combination of a normal load and a tangential load. The Fourier transform techniques have been used to find the solution to the problem. The displacement components, stress components, and conductive temperature distribution with the horizontal distance are computed in the transformed domain and further calculated in the physical domain using numerical inversion techniques. The effect of angle of inclination of normal and tangential load for Green Lindsay Model and time-harmonic source for Lord Shulman model is depicted graphically on the resulting quantities.
The present research deals with the time harmonic deformation in transversely isotropic magneto thermoelastic solid with two temperature (2T), rotation and without energy dissipation due to inclined load. Lord-Shulman theory has been formulated for this mathematical model. The entire thermo-elastic medium is rotating with a uniform angular velocity. The Fourier transform techniques have been used to find the solution to the problem. The displacement components, stress components and conductive temperature distribution with the horizontal distance are computed in the transformed domain and further calculated in the physical domain using numerical inversion techniques. The effect of time harmonic source and rotation is depicted graphically on the resulting quantities.
Selvamani Rajendran;Rubine Loganathan;Murat Yaylaci;Ecren Uzun Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.489-500
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2024
This paper studies the free vibration analysis of the piezo-magneto-thermo-elastic FG nanobeam submerged in a fluid environment. The problem governed by the partial differential equations is determined by refined higher-order State Space Strain Gradient Theory (SSSGT). Hamilton's principle is applied to discretize the differential equation and transform it into a coupled Euler-Lagrange equation. Furthermore, the equations are solved analytically using Navier's solution technique to form stiffness, damping, and mass matrices. Also, the effects of nonlocal ceramic and metal parts over various parameters such as temperature, Magnetic potential and electric voltage on the free vibration are interpreted graphically. A comparison with existing published findings is performed to showcase the precision of the results.
The aim of current work is to evaluate thermo-electrical characteristics of graphene nanoplatelets Reinforced Composite (GNPRC) coupled with magneto-electro-elastic (MEE) face sheet. In this regard, a cylindrical smart nanocomposite made of GNPRC with an external MEE layer is considered. The bonding between the layers are assumed to be perfect. Because of the layer nature of the structure, the material characteristics of the whole structure is regarded as graded. Both mechanical and thermal boundary conditions are applied to this structure. The main objective of this work is to determine critical temperature and critical voltage as a function of thermal condition, support type, GNP weight fraction, and MEE thickness. The governing equation of the multilayer nanocomposites cylindrical shell is derived. The generalized differential quadrature method (GDQM) is employed to numerically solve the differential equations. This method is integrated with Deep Learning Network (DNN) with ADADELTA optimizer to determine the critical conditions of the current sandwich structure. This the first time that effects of several conditions including surrounding temperature, MEE layer thickness, and pattern of the layers of the GNPRC is investigated on two main parameters critical temperature and critical voltage of the nanostructure. Furthermore, Maxwell equation is derived for modeling of the MEE. The outcome reveals that MEE layer, temperature change, GNP weight function, and GNP distribution patterns GNP weight function have significant influence on the critical temperature and voltage of cylindrical shell made from GNP nanocomposites core with MEE face sheet on outer of the shell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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