In this paper, a classical plate model is utilized to formulate the wave propagation problem of magnetostrictive sandwich nanoplates (MSNPs) while subjected to hygrothermal loading with respect to the scale effects. Herein, magnetostriction effect is considered and controlled on the basis of a feedback control system. The nanoplate is supposed to be embedded on a visco-Pasternak substrate. The kinematic relations are derived based on the Kirchhoff plate theory; also, combining these obtained equations with Hamilton's principle, the local equations of motion are achieved. According to a nonlocal strain gradient theory (NSGT), the small scale influences are covered precisely by introducing two scale coefficients. Afterwards, the nonlocal governing equations can be derived coupling the local equations with those of the NSGT. Applying an analytical solution, the wave frequency and phase velocity of propagated waves can be gathered solving an eigenvalue problem. On the other hand, accuracy and efficiency of presented model is verified by setting a comparison between the obtained results with those of previous published researches. Effects of different variants are plotted in some figures and the highlights are discussed in detail.
The present work addresses the surface integrity and chip morphology in finish hard turning of AISI D3 steel under nanofluid assisted minimum quantity lubrication (NFMQL) condition. The surface integrity aspects include microhardness, residual stress, white layer formation, machined surface morphology, and surface roughness. This experimental investigation aims to explore the feasibility of low-cost multilayer (TiCN/Al2O3/TiN) coated carbide tool in hard machining applications and to assess the propitious role of minimum quantity lubrication using graphene nanoparticles enriched eco-friendly radiator coolant based nano-cutting fluid for machinability improvement of hardened steel. Combined approach of central composite design (CCD) - analysis of variance (ANOVA), desirability function analysis, and response surface methodology (RSM) have been subsequently employed for experimental investigation, predictive modelling and optimization of surface roughness. With a motivational philosophy of "Go Green-Think Green-Act Green", the work also deals with economic analysis, and sustainability assessment under environmental-friendly NFMQL condition. Results showed that machining with nanofluid-MQL provided an effective cooling-lubrication strategy, safer and cleaner production, environmental friendliness and assisted to improve sustainability.
Ghandourah, Emad;Hussain, Muzamal;Thobiani, Faisal Al;Hefni, Mohammed;Alghamdi, Sami
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.1
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pp.77-83
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2022
In the last ten years, many researchers have studied the vibrations of carbon nanotubes using different beam theories. The nano- and micro-scale systems have wavy shape and there is a demand for a powerful tool to mathematically model waviness of those systems. In accordance with the above mentioned lack for the modeling of the waviness of the curved tiny structure, a novel approach is employed by implementing the Timoshenko-beam model. Owing to the small size of the micro beam, these structures are very appropriate for designing small instruments. The vibrations of double walled carbon nanotubes (DWCNTs) are developed using the Timoshenko-beam model in conjunction with the wave propagation approach under support conditions to calculate the fundamental frequencies of DWCNTs. The frequency influence is observed with different parameters. Vibrations of the double walled carbon nanotubes are investigated in order to find their vibrational modes with frequencies. The aspect ratios and half axial wave mode with small length are investigated. It is calculated that these frequencies and ratios are dependent upon the length scale and aspect ratio.
This study explores the linear and nonlinear solutions of sigmoid functionally graded material (S-FGM) nanoplate with porous effects. A size-dependent numerical solution is established using the strain gradient theory and isogeometric finite element formulation. The nonlinear nonlocal strain gradient is developed based on the Reissner-Mindlin plate theory and the Von-Karman strain assumption. The sigmoid function is utilized to modify the classical functionally graded material to ensure the constituent volume distribution. Two different patterns of porosity distribution are investigated, viz. pattern A and pattern B, in which the porosities are symmetric and asymmetric varied across the plate's thickness, respectively. The nonlinear finite element governing equations are established for bending analysis of S-FGM nanoplates, and the Newton-Raphson iteration technique is derived from the nonlinear responses. The isogeometric finite element method is the most suitable numerical method because it can satisfy a higher-order derivative requirement of the nonlocal strain gradient theory. Several numerical results are presented to investigate the influences of porosity distributions, power indexes, aspect ratios, nonlocal and strain gradient parameters on the porous S-FGM nanoplate's linear and nonlinear bending responses.
Any place where exercise is common, such as a club, sports hall, or school, is considered a place for teaching sports. When doing sports, a very safe environment for sports should be chosen. The athlete should consider the safety of sports facilities and equipment, and if there is a defect, he should refrain from exercising in these places. The safety of sports facilities is very effective in creating people's sports activities, with the benefits of staying away from physical harm, enjoying sports, and having mental peace. Everyone has the right to participate in sports and recreation and to ensure that they enjoy a safe environment. The ability to manage and solve issues that may arise plays the most critical role in creating a safe environment. The quality of construction materials used for the construction of sports facilities is of great importance. In this work, the resistance and water repellency of concrete constituents for the construction of sports buildings have been investigated by nanoscience. Nano-concrete material solves the main problem of concrete surfaces, i.e., the entry of water and humidity into the structure. It also gives it a self-cleaning ability with its water repellency. Nanoparticles are placed between pores and cover the cracks, which causes roughness in the surface structure of concrete. The high roughness of the surface of the coated concrete caused its super-hydrophobicity. In hydrophobic surfaces, the higher the contact angle, the more hydrophobic the surface will be. In order to investigate the hydrophobic properties, silica nanoparticles, silica nanoparticles, and fly ash were prepared on concrete, and their properties were analyzed.
Mohammad Reza Halvaeyfar;Ehsanollah Zeighami;S. Mohammad Mirhosseini;Ali Hassani Joshaghani
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.375-389
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2023
In many fiber concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), debonding occurs between the carbon sheets and the concrete due to the low strength of the bonding resin. A total of 42 fiber concrete beams with a cross-section of 10×10 cm with a span length of 50 cm are fabricated and retrofitted with CFRP and subjected to a 4-point bending test. Graphene Oxide (GO) at 1, 2, and 3 wt% of the resin is used to improve the mechanical properties of the bonding resins, and the effect of length, width, and the number of layers of CFRP and resin material are investigated. The crack pattern, failure mode, and stress-strain curve are analyzed and compared in each case. The results showed that adding GO to polyamine resin could improve the bonding between the resin and the fiber concrete beam. Furthermore, the optimum amount of nanomaterials is equal to 2% by the weight of the resin. Using 2% nanomaterials showed that by increasing the length, width, and number of layers, the bearing and stiffness of fiber concrete beams increased significantly.
Chunping Wang;Keming Chen;Abbas Yaseen Naser;H. Elhosiny Ali
Earthquakes and Structures
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v.24
no.2
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pp.127-140
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2023
The vibration of microtubule in human cells is the source of electrical field around it and inside cell structure. The induction of electrical field is a direct result of the existence of dipoles on the surface of the microtubules. Measuring the electrical fields could be performed using nano-scale sensors and the data could be transformed to other computers using internet of things (IoT) technology. Processing these data is feasible by artificial intelligence-based methods. However, the first step in analyzing the vibrational behavior is to study the mechanics of microtubules. In this regard, the vibrational behavior of the microtubules is investigated in the present study. A shell model is utilized to represent the microtubules' structure. The displacement field is assumed to obey first order shear deformation theory and classical theory of elasticity for anisotropic homogenous materials is utilized. The governing equations obtained by Hamilton's principle are further solved using analytical method engaging Navier's solution procedure. The results of the analytical solution are used to train, validate and test of the deep neural network. The results of the present study are validated by comparing to other results in the literature. The results indicate that several geometrical and material factors affect the vibrational behavior of microtubules.
Recently, promising structural technologies like multi-function, ultra-load bearing capacity and tailored structures have been put up for discussions. Finite Element (FE) modelling is probably the best-known option capable of treating these superior properties and multi-domain behavior structures. However, advanced materials such as Functionally Graded Material (FGM) and nanocomposites suffer from problems resulting from variable material properties, reinforcement aggregation and mesh generation. Motivated by these factors, this research proposes a unified shape function for FGM, nanocomposites, graded nanocomposites, in addition to traditional isotropic and orthotropic structural materials. It depends not only on element length but also on the beam's material properties and geometric characteristics. The systematic mathematical theory and FE formulations are based on the Timoshenko beam theory for beam structure. Furthermore, the introduced element achieves C1 degree of continuity. The model is proved to be convergent and free-off shear locking. Moreover, numerical results for static and free vibration analysis support the model accuracy and capabilities by validation with different references. The proposed technique overcomes the issue of continuous properties modelling of these promising materials without discarding older ones. Therefore, introduced benchmark improvements on the FE old concept could be extended to help the development of new software features to confront the rapid progress of structural materials.
Carbon nanotubes are drawing wide attention of research communities and several industries due to their versatile capabilities covering mechanical and other multi-physical properties. However, owing to extreme operating conditions of the synthesis process of these nanostructures, they are often imposed with certain inevitable structural deformities such as single vacancy and nanopore defects. These random irregularities limit the intended functionalities of carbon nanotubes severely. In this article, we investigate the mechanical behaviour of double-wall carbon nanotubes (DWCNT) under the influence of arbitrarily distributed single vacancy and nanopore defects in the outer wall, inner wall, and both the walls. Large-scale molecular simulations reveal that the nanopore defects have more detrimental effects on the mechanical behaviour of DWCNTs, while the defects in the inner wall of DWCNTs make the nanostructures more vulnerable to withstand high longitudinal deformation. From a different perspective, to exploit the mechanics of damage for achieving defect-induced shape modulation and region-wise deformation control, we have further explored the localized longitudinal and transverse spatial effects of DWCNT by designing the defects for their regional distribution. The comprehensive numerical results of the present study would lead to the characterization of the critical mechanical properties of DWCNTs under the presence of inevitable intrinsic defects along with the aspect of defect-induced spatial modulation of shapes for prospective applications in a range of nanoelectromechanical systems and devices.
The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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