The present paper explores nonlinear dynamical properties of piezo-magnetic beams based on a nonlocal refined higher-order beam formulation and piezoelectric phase effect. The piezoelectric phase increment may lead to improved vibrational behaviors for the smart beams subjected to magnetic fields and external harmonic excitation. Nonlinear governing equations of a nonlocal intelligent beam have been achieved based upon the refined beam model and a numerical provided has been introduced to calculate nonlinear vibrational curves. The present study indicates that variation in the volume fraction of piezoelectric ingredient has a substantial impact on vibrational behaviors of intelligent nanobeam under electrical and magnetic fields. Also, it can be seen that nonlinear free/forced vibrational behaviors of intelligent nanobeam have dependency on the magnitudes of induced electrical voltages, magnetic potential, stiffening elastic substrate and shear deformation.
Nanobeams are widely used as a structural element for nanodevices and nanomachines. The development of nano-sized machines depends on proper understanding of mechanical behavior of these nano-sized beam elements. Small length scales such as lattice spacing between atoms, surface properties, grain size etc. are need to be considered when applying any classical continuum model. In this study, Eringen's nonlocal elasticity theory is incorporated into classical beam model considering the effects of axial extension and the shear deformation to capture unique static behavior of the nanobeams under continuum mechanics theory. The governing differential equations are obtained for curved beams and solved exactly by using the initial value method. Circular uniform beam with concentrated loads are considered. The displacements, slopes and the stress resultants are obtained analytically. A detailed parametric study is conducted to examine the effect of the nonlocal parameter, mechanical loadings, opening angle, boundary conditions, and slenderness ratio on the static behavior of the nanobeam.
In this study, nonlinear transverse vibrations of tensioned Euler-Bernoulli nanobeams are studied. The nonlinear equations of motion including stretching of the neutral axis and axial tension are derived using nonlocal beam theory. Forcing and damping effects are included in the equations. Equation of motion is made dimensionless via dimensionless parameters. A perturbation technique, the multiple scale methods is employed for solving the nonlinear problem. Approximate solutions are applied for the equations of motion. Natural frequencies of the nanobeams for the linear problem are found from the first equation of the perturbation series. From nonlinear term of the perturbation series appear as corrections to the linear problem. The effects of the various axial tension parameters and different nonlocal parameters as well as effects of different boundary conditions on the vibrations are determined. Nonlinear frequencies are estimated; amplitude-phase modulation figures are presented for simple-simple and clamped-clamped cases.
The buckling response of a single-layered graphene sheet (SLGS) embedded in visco-Pasternak's medium is presented. The nonlocal first-order shear deformation elasticity theory is used for this purpose. The visco-Pasternak's medium is considered by adding the damping effect to the usual foundation model which characterized by the linear Winkler's modulus and Pasternak's (shear) foundation modulus. The SLGS be subjected to distributive compressive in-plane edge forces per unit length. The governing equilibrium equations are obtained and solved for getting the critical buckling loads of simply-supported SLGSs. The effects of many parameters like nonlocal parameter, aspect ratio, Winkler-Pasternak's foundation, damping coefficient, and mode numbers on the buckling analysis of the SLGSs are investigated in detail. The present results are compared with the corresponding available in the literature. Additional results are tabulated and plotted for sensing the effect of all used parameters and to investigate the visco-Pasternak's parameters for future comparisons.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad N.;Asghar, Sehar;Tounsi, Abdelouahed
Computers and Concrete
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v.25
no.4
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pp.343-354
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2020
In this paper, vibration characteristics of chiral double-walled carbon nanotubes entrenched on Kelvin's model. The Eringen's nonlocal elastic equations are being combined with Kelvin's theory to observe small scale response. A nonlocal model has been formulated to explore the frequency spectrum of chiral double-walled CNTs along with diversity of indices and nonlocal parameter. Wave propagation is proposed technique to establish field equations of model subjected to four distinct end supports. The significance of scale effect in relevance of length-to-diameter and thickness- to- radius ratios are discussed and displayed in detail.
Ahmed, Ridha A.;Fenjan, Raad M.;Hamad, Luay Badr;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.9
no.1
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pp.33-48
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2020
With the use of differential quadrature method (DQM), forced vibrations and resonance frequency analysis of functionally graded (FG) nano-size beams rested on elastic substrate have been studied utilizing a shear deformation refined beam theory which contains shear deformations influence needless of any correction coefficient. The nano-size beam is exposed to uniformly-type dynamical loads having partial length. The two parameters elastic substrate is consist of linear springs as well as shear coefficient. Gradation of each material property for nano-size beam has been defined in the context of Mori-Tanaka scheme. Governing equations for embedded refined FG nano-size beams exposed to dynamical load have been achieved by utilizing Eringen's nonlocal differential law and Hamilton's rule. Derived equations have solved via DQM based on simply supported-simply supported edge condition. It will be shown that forced vibrations properties and resonance frequency of embedded FG nano-size beam are prominently affected by material gradation, nonlocal field, substrate coefficients and load factors.
In the present paper, the nonlocal strain gradient refined model is used to study the thermal stability of sandwich nanoplates integrated with piezoelectric layers for the first time. The influence of Kerr elastic foundation is also studied. The present model incorporates two small-scale coefficients to examine the size-dependent thermal stability response. Elastic properties of nanoplate made of functionally graded materials (FGMs) are supposed to vary through the thickness direction and are estimated employing a modified power-law rule in which the porosity with even type of distribution is approximated. The governing differential equations of embedded sandwich piezoelectric porous nanoplates under hygrothermal loading are derived through Hamilton's principle where the Galerkin method is applied to solve the stability problem of the nanoplates with simply-supported edges. It is indicated that the thermal stability characteristics of the porous nanoplates are obviously influenced by the porosity volume fraction and material variation, nonlocal parameter, strain gradient parameter, geometry of the nanoplate, external voltage, temperature and humidity variations, and elastic foundation parameters.
Fenjan, Raad M.;Ahmed, Ridha A.;Alasadi, Abbas A.;Faleh, Nadhim M.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.3
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pp.247-257
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2019
Fee vibrational characteristics of porous steel double-coupled nanoplate system in thermo-elastic medium is studied via a refined plate model. Different pore dispersions called uniform, symmetric and asymmetric have been defined. Nonlocal strain gradient theory (NSGT) containing two scale parameters has been adopted to stablish size-dependent modeling of the system. Hamilton's principle has been adopted to stablish the governing equations. Obtained results from Galerkin's method are verified with those provided in the literature. The effects of nonlocal parameter, strain gradient, foundation parameters, porosity distributions and porosity coefficient on vibration frequencies of metal foam nanoscale plates have been examined.
Al-Toki, Mouayed H.Z.;Ali, Hayder A.K.;Faleh, Nadhim M.;Fenjan, Raad M.
Geomechanics and Engineering
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v.28
no.5
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pp.455-461
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2022
Numerical assessment of the dynamic stability behavior of nonlocal beams rested on elastic foundation has been provided in the present research. The beam is made of fucntional graded (FG) porous material and is exposed to thermal and humid environments. It is also consiered that the beam is subjected to axial periodic mechanical load which especific exitation frequency leading to its instability behavior. Beam modeling has been performed via a two-variable theory developed for thick beams. Then, nonlocal elasticity has been used to establish the governing equation which are solved via Chebyshev-Ritz-Bolotin method. Temperature and moisture variation showed notable effects on stability boundaries of the beam. Also, the stability boundaries are affected by the amount of porosities inside the material.
In this paper, Eringen's nonlocal thermoelasticity is constructed to study wave propagation in a rotating two-temperature thermoelastic half-space. The problem is applied in the context of the dual-phase-lag (Dual) model, coupled theory (CD), and Lord-Shulman (L-S) theory. Using suitable non-dimensional fields, the harmonic wave analysis is used to solve the problem. Comparisons are carried with the numerical values predicted in the absence and presence of the gravity field, a nonlocal parameter as well as rotation. The present study is valuable for the analysis of nonlocal thermoelastic problems under the influence of the gravity field, mechanical force, and rotation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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