The main goal of this paper is to study vibration of damaged core laminated sectorial plates with Functionally graded (FG) face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular sector plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions.
Aseel J. Mohammed;Bassam A. Mohammed;Hatam K. Kadhom;Anmar Ghanim Taki;Vahid Tahouneh
Advances in nano research
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v.17
no.4
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pp.301-313
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2024
The main objective of this paper is to study vibration of sandwich cylindrical shell with damaged core and FG face sheets resting on a two-parameter elastic foundation based on three-dimensional theory of elasticity. Three complicated equations of motion for the structure under consideration are semi-analytically solved by using generalized differential quadrature method. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features. A detailed parametric study is carried out in order to reveal the effects of different profiles of two-parameter elastic foundation modulus, different geometrical parameters such as the mid radius-to-thickness ratio, length-to-mean radius ratio and the thickness of face sheets on the vibrational characteristics of the damaged functionally graded sandwich cylindrical shell.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.6
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pp.852-859
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2009
For the analysis of solids containing a number of microinclusions or microvoids, in which the mechanical effect of each inclusion or void, a numerical approach is need to be developed to understand the mechanical behavior of damaged solids containing these defects. In this study, the simulation method using the natural element method is proposed for the analysis of effective elastic moduli. The mechanical effect of each inclusion or void is considered by controlling the material constants for Gaussian points. The relationship between area fraction of microinclusions or microvoids and effective elastic moduli is studied to verify the validity of the proposed method. The obtained results are in good agreement with the theoretical results such as differential method, self-consistent method, Mori-Tanaka method, as well as the numerical results by rigid body spring model.
This paper studies nonlinear stability behavior of a nanocrystalline silicon curved nanoshell considering strain gradient size-dependency. Nanocrystallines are composite materials with an interface phase and randomly distributed nano-size grains and pores. Imperfectness of the curved nanoshell has been defined based on an initial deflection. The formulation of nanocrystalline nanoshell has been established by thin shell theory and an analytical approach has been used in order to solve the buckling problem. For accurately describing the size effects related to nano-grains or nano-pores, their surface energies have been included. Nonlinear stability curves of the nanoshell are affected by the size of nano-grain, curvature radius and nano-pore volume fraction. It is found that increasing the nano-pore volume fraction results in lower buckling loads.
In this paper, geometric nonlinear bending characteristics of single wall carbon nanotube reinforced composite (SWCNTRC) doubly curved shell panels subjected to uniform transversely loadings are investigated. The nonlinear mathematical model is developed for doubly curved SWCNTRC shell panel on the basis of higher-order shear deformation theory and Green- Lagrange nonlinearity. All nonlinear higher order terms are included in the mathematical model. The effective material properties of SWCNTRC are estimated by using Eshelby-Mori-Tanaka micromechanical approach. The governing equation of the shell panel is obtained using the total potential energy principle and a Newton-Raphson iterative method is employed to compute the nonlinear displacement and stresses. The present results are compared with published literature. The effect of SWCNT volume fraction, width-to-thickness ratio, radius-to-width ratio (R/a), boundary condition, linear and nonlinear deflection, stresses and different types of shell geometry on nonlinear bending response is investigated.
Dynamic analysis of a concrete pipes armed with Silica ($SiO_2$) nanoparticles subjected to earthquake load is presented. The structure is modeled with first order shear deformation theory (FSDT) of cylindrical shells. Mori-Tanaka approach is applied for obtaining the equivalent material properties of the structure considering agglomeration effects. Based on energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Utilizing the harmonic differential quadrature method (HDQM) and Newmark method, the dynamic displacement of the structure is calculated for the Kobe earthquake. The effects of different parameters such as geometrical parameters of pipe, boundary conditions, $SiO_2$ volume percent and agglomeration are shown on the dynamic response of the structure. The results indicate that reinforcing the concrete pipes by $SiO_2$ nanoparticles leads to a reduction in the displacement of the structure during an earthquake.
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.
The use of nanotechnology materials and applications in the construction industry should be considered for enhancing material properties. However, the nonlinear buckling of an embedded straight concrete columns reinforced with silicon dioxide ($SiO_2$) nanoparticles is investigated in the present study. The column is simulated mathematically with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam models. Agglomeration effects and the characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka approach. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. The governing equations are derived using energy method and Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the buckling load of structure. The influences of volume percent of $SiO_2$ nanoparticles, geometrical parameters and agglomeration on the buckling of column are investigated. Numerical results indicate that considering agglomeration effects leads to decrease in buckling load of structure.
During the cooling process of rail, residual stresses are produced due to the difference of the coefficients of thermal expansion between rail and inhomogeneous non-metallic inclusions such as sulphides and oxides. A micro-mechanical approach is used to obtain the stresses in the inclusions and matrix, After obtaining the stress of an elliptical inhomogeneous inclusion in an infinite domain, average stresses of randomly distributed spherical inclusions are obtained by use of Mori-Tanaka's self consistent method. The magnitude of the calculated residual stress is near to the yield stress of the matrix in case of the spherical inclusions.
Ahmed, Ridha A.;Al-Maliki, Ammar F.H.;Faleh, Nadhim M.
Advances in nano research
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v.8
no.2
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pp.157-167
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2020
This paper studies forced vibrational behavior of porous nanocrystalline silicon nanoshells under radial dynamic loads using strain gradient theory (SGT). This type of material contains many pores inside it and also there are nano-size grains which define the material character. The formulation for nanocrystalline nanoshell is provided by first order shell theory and a numerical approach is used in order to solve nanoshell equations. SGT gives a scale factor related to stiffness hardening provided by nano-grains. For more accurate description of size effects due to nano-grains or nano-pore, their surface energy influences have been introduced. Surface energy of inclusion exhibit extraordinary influence on dynamic response of the nanoshell. Also, dynamic response of the nanoshell is affected by the scale of nano-grain and nano-pore.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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