The geometrical nonlinear vibrations of the gold nanoscale rod are investigated for the first time by considering the internal modals interactions using different nonlinear beam theories. This phenomenon is usually one of the important features of nonlinear vibration systems. For a more detailed analysis, the von-Karman effects, preserving all the nonlinear terms in the strain-displacement relationships of gold nanoscale rods in three displacement directions, are considered to analyze the nonlinear axial vibrations of gold nanoscale rods. It uses highly accurate analytical-numerical solutions for the clamped-clamped and clamped-free boundary conditions of nanoscale gold rods. Also, with the help of Hamilton's principle, the governing equation and boundary conditions are derived based on Eringen's theory. The influence of nonlinear and nonlocal factors on axial vibrations was investigated separately for all three theories: Simple (ST), Rayleigh (RT) and Bishop (BT). Using different theories, the effects of inertia and shear on the internal resonances of gold nanorods were studied and compared in terms of twoto-one and three-to-one internal resonances. As the nonlocal parameter of the gold nanorod increases, the maximum nonlinear amplitude occurs. So, by adding nonlocal effects in a gold nanorod, the internal modal interactions resulting from the unique structure can be enhanced. It is worth noting that shear and inertial analysis have a significant effect on internal modal interactions in gold nanorods.
In this study, Eringen nonlocal elasticity theory in conjunction with surface elasticity theory is employed to study nonlinear free vibration behavior of FG nano-plate lying on elastic foundation, on the base of Reddy's plate theory. The material distribution is assumed as a power-law function and effective material properties are modeled using Mori-Tanaka homogenization scheme. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equations which solved using DQ method. Finally, the effects of different factors on natural frequencies of the nano-plate under hygrothermal situation and various boundary conditions are studied.
The static analysis of spinning functionally graded (FG) nanotube on the basis of the nonlocal strain gradient theory (NSGT) is presented. The high-order beam theory is employed for mathematical modeling of the tube structures according to the Sinusoidal shear deformation beam theory. The energy conservation principle is operated to generate the equations. The centrifugal force is assumed along the tube length due to the rotating of the tube, moreover, the nanotube is made of functionally graded material (FGM) composed of ceramic and metal phases along the tube radius direction. The generalized differential quadratic method (GDQM) is utilized to solve the formulations. Finally, the numerical results are discussed in detail to examine the impact of different relevant parameters on the bending the buckling behavior of the rotating nanotube.
In this study, the thermal loading effect on free vibration characteristics of carbon nanotubes (CNTs) with multiple cracks is studied. Various boundary conditions for nanotube are taken in to account. In order to take the small scale effect, the nonlocal elasticity of Eringen is employed in the framework of Euler-Bernoulli beam theory. This theory states that the stress at a reference point is a function of strains at all points in the continuum. A cracked nanotube is assumed to be consisted of two segments that are connected by a rotational spring which is located in the position of the cracked section. Hamilton's principle is used to achieve the governing equations. Influences of the nonlocal parameter, crack severity, temperature change and the number of cracks on the system frequencies are investigated. Also, it is found that at room or lower temperature the natural frequency for CNT decreases as the value of temperature change increases, while at temperature higher than room temperature the natural frequency of CNT increases as the value of temperature change increases. Various boundary conditions have been applied to the nanotube.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.105-120
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2018
In this paper, the nonlinear free and forced vibration responses of sandwich nano-beams with three various functionally graded (FG) patterns of reinforced carbon nanotubes (CNTs) face-sheets are investigated. The sandwich nano-beam is resting on nonlinear Visco-elastic foundation and is subjected to thermal and electrical loads. The nonlinear governing equations of motion are derived for an Euler-Bernoulli beam based on Hamilton principle and von Karman nonlinear relation. To analyze nonlinear vibration, Galerkin's decomposition technique is employed to convert the governing partial differential equation (PDE) to a nonlinear ordinary differential equation (ODE). Furthermore, the Multiple Times Scale (MTS) method is employed to find approximate solution for the nonlinear time, frequency and forced responses of the sandwich nano-beam. Comparison between results of this paper and previous published paper shows that our numerical results are in good agreement with literature. In addition, the nonlinear frequency, force response and nonlinear damping time response is carefully studied. The influences of important parameters such as nonlocal parameter, volume fraction of the CNTs, different patterns of CNTs, length scale parameter, Visco-Pasternak foundation parameter, applied voltage, longitudinal magnetic field and temperature change are investigated on the various responses. One can conclude that frequency of FG-AV pattern is greater than other used patterns.
This paper proposes an analytical solution method for free vibration of curved functionally graded (FG) nonlocal beam supposed to different thermal loadings, by considering porosity distribution via nonlocal elasticity theory for the first time. Material properties of curved FG beam are assumed to be temperature-dependent. Thermo-mechanical properties of porous FG curved beam are supposed to vary through the thickness direction of beam and are assumed to be temperature-dependent. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, porosity play a key role in the mechanical response of curved FG structures. The rule of power-law is modified to consider influence of porosity according to even distribution. The governing equations of curved FG porous nanobeam under temperature field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is used to achieve the natural frequencies of porous FG curved nanobeam supposed to thermal loadings with simply supported boundary condition. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality, porosity volume fractions, type of temperature rising, gradient index, opening angle and aspect ratio of curved FG porous nanobeam on the natural frequency are successfully discussed. It is concluded that these parameters play key roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
On the basis of nonlocal strain gradient theory, considering the material properties of porous FGM changing with thickness and the influence of moment of inertia, the wave equation of FG nano circular plate is derived by using the first-order shear deformation plate theory, by introducing dimensionless parameters, we transform the equations into dimensionless wave equations, and the dispersion relations of bending wave, shear wave and longitudinal wave are obtained by Laplace and Hankel integral transformation method. The influence of nonlocal parameter, porosity volume fraction, strain gradient parameters and power law index on the propagation characteristics of bending wave, shear wave and longitudinal wave in FG nano circular plate.
Soleimani, Ahmad;Dastani, Kia;Hadi, Amin;Naei, Mohamad Hasan
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.517-534
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2019
In this paper, the effects of inevitable out-of-plane defects on the postbuckling behavior of single-layered graphene sheets (SLGSs) under in-plane loadings are investigated based on nonlocal first order shear deformation theory (FSDT) and von-Karman nonlinear model. A generic imperfection function, which takes the form of the products of hyperbolic and trigonometric functions, is employed to model out-of-plane defects as initial geometrical imperfections of SLGSs. Nonlinear equilibrium equations are derived from the principle of virtual work and variational formulation. The postbuckling equilibrium paths of imperfect graphene sheets (GSs) are presented by solving the governing equations via isogeometric analysis (IGA) and Newton-Raphson iterative method. Finally, the sensitivity of the postbuckling behavior of GS to shape, amplitude, extension on the surface, and location of initial imperfection is studied. Results showed that the small scale and initial imperfection effects on the postbuckling behavior of defective SLGS are important and cannot be ignored.
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.
An analytical investigation has been performed on the mechanical performance of waves propagated in a Single-Layered Graphene Sheet (SLGS) when an In-plane Varying Bending (IVB) load is interacted. It has been supposed that the Graphene Sheet (GS) is located on an elastic medium. Employing a two-parameter elastic foundation, the effects of elastic substrate on the GS behavior are modeled. Besides, the kinematic equations are derived by the means of a trigonometric two-variable refined plate theory. Moreover, in order to indicate the size-dependency of the SLGS, a Nonlocal Strain Gradient Theory (NSGT) was considered. The nonlocal governing differential equations are achieved in the framework of Hamilton's Principle (HP). Also, an analytical approach was used to detect the unknowns of the final eigenvalue equation. Finally, the effects of each parameters using some dispersion charts were determined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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