In this study, the nonlinear vibration analysis of the composite nanoplate is studied. The composite nanoplate is fabricated by the functional graded (FG) core and lipid face sheets. The material properties in the FG core vary in three directions. The Kelvin-Voigt model is used to study the viscoelastic effect of the lipid layers. By using the Von-Karman assumptions, the nonlinear differential equation of the vibration analysis of the composite nanoplate is obtained. The foundation of the system is modeled by the nonlinear Pasternak foundation. The Bubnov-Galerkin method and the multiple scale method are used to solve the nonlinear differential equation of the composite nanoplate. The free and force vibration analysis of the composite nanoplate are studied. A comparison between the presented results and the reported results is done and good achievement is obtained. The reported results are verified by the results which are obtained by the Runge-Kutta method. The effects of different parameters on the nonlinear vibration frequencies, the primary, the super harmonic and subharmonic resonance cases are investigated. This work will be useful to design the nanosensors with high biocompatibility.
This paper reports a methodology for preparing close-packed two dimensional gold nanoprism films and hexagonal nanoplate films at a hexane/water interface. By controlling the concentration of linker molecules in the hexane layer and the temperature of the colloid solution, highly ordered close-packed nanoplate arrays can be fabricated. These films were investigated to compare their corresponding surface enhanced Raman scattering (SERS) efficiencies. It was demonstrated that the Au nanoprism films resulted in a stronger SERS enhancement than the Au hexagonal nanoplate films. The difference in the SERS enhancement is attributed to the film array difference, demonstrating that Au nanoprism films have a higher line contact density than their Au hexagonal analogues.
Thermal buckling of nonlocal flexoelectric nanoplates incorporating surface effects is analyzed for the first time. Coupling of strain gradients and electrical polarizations is introduced by flexoelectricity. It is assumed that flexoelectric nanoplate is subjected to uniform and linear temperature distributions. Long range interaction between atoms of nanoplate is modeled via nonlocal elasticity theory. The residual surface stresses which are usually neglected in modeling of flexoelectric nanoplates are incorporated into nonlocal elasticity to provide better understanding of the physic of problem. A Galerkin-based approach is implemented to solve the governing equations derived from Hamilton's principle are solved. The verification of obtained results is performed by comparing buckling loads of flexoelectric nanoplate with previous data. It is shown that buckling loads of flexoelectric nanoplate are significantly affected by thermal loading type, temperature change, nonlocal parameter, surface effect, plate thickness and boundary conditions.
Thermo-mechanical buckling problem of functionally graded (FG) nanoplates supported by Pasternak elastic foundation subjected to linearly/non-linearly varying loadings is analyzed via the nonlocal elasticity theory. Two opposite edges of the nanoplate are subjected to the linear and nonlinear varying normal stresses. Elastic properties of nanoplate change in spatial coordinate based on a power-law form. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanoplate. The equations of motion for an embedded FG nanoplate are derived by using Hamilton principle and Eringen's nonlocal elasticity theory. Navier's method is presented to explore the influences of elastic foundation parameters, various thermal environments, small scale parameter, material composition and the plate geometrical parameters on buckling characteristics of the FG nanoplate. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate results of the FG nanoplates as compared some cases in the literature. Numerical examples show that the buckling characteristics of the FG nanoplate are related to the material composition, temperature distribution, elastic foundation parameters, nonlocality effects and the different loading conditions.
Dehshahri, Kasra;Nejad, Mohammad Zamani;Ziaee, Sima;Niknejad, Abbas;Hadi, Amin
Advances in nano research
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v.8
no.2
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pp.115-134
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2020
In this paper, the free vibrations analysis of the nanoplates made of three-directional functionally graded material (TDFGM) with small scale effects is presented. To study the small-scale effects on natural frequency, modified strain gradient theory (MSGT) has been used. Material properties of the nanoplate follow an arbitrary function that changes in three directions along the length, width and thickness of the plate. The equilibrium equations and boundary conditions of nanoplate are obtained using the Hamilton's principle. The generalized differential quadrature method (GDQM) is used to solve the governing equations and different boundary conditions for obtaining the natural frequency of nanoplate made of three-directional functionally graded material. The present model can be transformed into a couple stress plate model or a classic plate model if two or all parameters of the length scales set to zero. Finally, numerical results are presented to study the small-scale effect and heterogeneity constants and the aspect ratio with different boundary conditions on the free vibrations of nanoplates. To the best of the researchers' knowledge, in the literature, there is no study carried out into MSGT for free vibration analysis of FGM nanoplate with arbitrary functions.
Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Tornabene, Francesco
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.3
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pp.257-269
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2019
This paper develops a nonlocal strain gradient plate model for damping vibration analysis of smart magneto-electro-viscoelastic nanoplates resting on visco-Pasternak medium. For more accurate analysis of nanoplate, the proposed theory contains two scale parameters related to the nonlocal and strain gradient effects. Viscoelastic effect which is neglected in all previous papers on magneto-electro-viscoelastic nanoplates is considered based on Kelvin-Voigt model. Governing equations of a nonlocal strain gradient smart nanoplate on viscoelastic substrate are derived via Hamilton's principle. Galerkin's method is implemented to solve the governing equations. Effects of different factors such as viscoelasticity, nonlocal parameter, length scale parameter, applied voltage and magnetic potential on damping vibration characteristics of a nanoplate are studied.
Kastro, Kanido Camerun;Seo, Min Ji;Jeong, Hwakyeung;Kim, Jongwon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.10
no.2
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pp.206-213
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2019
The development of simple methods for As detection has received great attention because As is a toxic chemical element causing environmental and health-related issues. In this work, the effect of nanostructures of Au electrodes on their electroanalytical performance during As detection was investigated. Different Au nanostructures with various surface morphologies such as nanoplate Au, nanospike Au, and dendritic Au structures were prepared, and their electrochemical behaviors toward square-wave anodic stripping voltammetric As detection were examined. The difference in intrinsic efficiency for As detection between nanostructured and flat Au electrodes was explained based on the crystallographic orientations of Au surfaces, as examined by the underpotential deposition of Pb. The most efficient As detection performance was obtained with nanoplate Au electrodes, and the effects of the pre-deposition time and interference on As detection of the nanoplate Au electrodes were also investigated.
In this research, the size-dependent impact of an embedded piezoelectric nanoplate subjected to in-plane loading on free vibration characteristic is studied. The foundation is two-parameter viscoelastic. The nonlocal elasticity is employed in order to capture the influence of size of the plate. By utilizing Hamilton's principle as well as the first- order shear deformation theory, the governing equation and boundary conditions are achieved. Then, using Navier method the equations associated with the free vibration of a plate constructed piezoelectric material under in-plane loads are solved analytically. The presented formulation and solution procedure are validated using other papers. Also, the impacts of nonlocal parameter, mode number, constant of spring, electric potential, and geometry of the nanoplate on the vibrational frequency are examined. As this paper is the first research in which the vibration associated with piezoelectric nanoplate on the basis of FSDT and nonlocal elasticity is investigated analytically, this results can be used in future investigation in this area.
This paper presents a three-dimensional displacement-based formulation to investigate the free vibration of functionally graded nanoplates resting on a Winkler-Pasternak foundation based on the nonlocal elasticity theory. The material properties of the FG nanoplate are considered to vary continuously through the thickness of the nanoplate according to the power-law distribution model. A general three-dimensional displacement field is considered for the plate, which takes into account the out-of-plane strains of the plate as well as the in-plane strains. Unlike the shear deformation theories, in the present formulation, no predetermined form for the distribution of displacements and transverse strains is considered. The equations of motion for functionally graded nanoplate are derived based on Hamilton's principle. The solution is obtained for simply-supported nanoplate, and the predicted results for natural frequencies are compared with the predictions of shear deformation theories which are available in the literature. The predictions of the present theory are discussed in detail to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, mode numbers and the elastic foundation on the dynamic behavior of the functionally graded nanoplate. The present study presents a three-dimensional solution that is able to determine more accurate results in predicting of the natural frequencies of flexural and thickness modes of nanoplates. The effects of parameters that play a key role in the analysis and mechanical design of functionally graded nanoplates are investigated.
This work treats the axisymmetric buckling of functionally graded (FG) porous annular/circular nanoplates based on modified couple stress theory (MCST). The nanoplate is located at the elastic medium which is simulated by Kerr foundation with two spring and one shear layer. The material properties of the porous FG nanostructure are assumed to vary through the nanoplate thickness based on power-law rule. Based on two variables refined plate theory, the governing equations are derived by utilizing Hamilton's principle. Applying generalized differential quadrature method (GDQM), the buckling load of the annular/circular nanoplates is obtained for different boundary conditions. The influences of different involved parameters such as boundary conditions, Kerr medium, material length scale parameter, geometrical parameters of the nanoplate, FG power index and porosity are demonstrated on the nonlinear buckling load of the annular/circular nanoplates. The results indicate that with increasing the porosity of the nanoplate, the nonlinear buckling load is decreased. In addition, with increasing the material length scale parameter to thickness ratio, the effect of spring constant of Kerr foundation on the buckling load becomes more prominent. The present results are compared with those available in the literature to validate the accuracy and reliability. A good agreement is observed between the two sets of the results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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