In this article, frequency characteristics, and sensitivity analysis of a size-dependent laminated composite cylindrical nanoshell under bi-directional thermal loading using Nonlocal Strain-stress Gradient Theory (NSGT) are presented. The governing equations of the laminated composite cylindrical nanoshell in thermal environment are developed using Hamilton's principle. The thermodynamic equations of the laminated cylindrical nanoshell are obtained using First-order Shear Deformation Theory (FSDT) and Fourier-expansion based Generalized Differential Quadrature element Method (FGDQM) is implemented to solve these equations and obtain natural frequency and critical temperature of the presented model. The novelty of the current study is to consider the effects of bi-directional temperature loading and sensitivity parameter on the critical temperature and frequency characteristics of the laminated composite nanostructure. Apart from semi-numerical solution, a finite element model was presented using the finite element package to simulate the response of the laminated cylindrical shell. The results created from finite element simulation illustrates a close agreement with the semi-numerical method results. Finally, the influences of temperature difference, ply angle, length scale and nonlocal parameters on the critical temperature, sensitivity, and frequency of the laminated composite nanostructure are investigated, in details.
In this article, the vibration behavior of embedded Functionally Graded Nanoplate (FGNP) employing nonlocal Kirchhoff's plate theory has been investigated under hygrothermal environment. The FGNP is considered to be supported by Winkler-Pasternak foundation. The Eringen's differential theory is used for size effect on the vibration of the FGNP. Rayleigh-Ritz method with orthogonal polynomials are employed for the governing equations and edge constraints. The advantage of this method is that it overcomes all the drawbacks of edge constraints and can easily handle any combinations of mixed edge constraints. The coefficients viz. moisture expansion, thermal expansion and elastic coefficients are considered to be transversely graded across the FGNP. The similarity of the calculated natural frequencies is examined with the previous research, and a good concurrency is seen. The objective of this article is to analyze the parameters' effect on the nondimensionalized frequency of embedded FGNP under hygrothermal environment subjected to all possible edge constraints. For this, uniform and linear rise of temperature and moisture concentration are considered. The study highlights that the nonlocal effect is pronounced for higher modes. Moreover, the effect of the Pasternak modulus is seen to be prominent compared to the Winkler modulus on non dimensionalized frequencies of FGNP.
In this paper, dynamic and static bending of ball modelled by nanocomposite microbeam by nanoparticles seeing agglomeration is presented. The structural damping is considered by Kelvin-Voigt model. The agglomeration effects are assumed using Mori-Tanaka model. The football ball is modeled by third order shear deformation theory (TSDT). The motion equations are derived by principle of Hamilton's and energy method assuming size effects on the basis of Eringen theory. Using differential quadrature method (DQM) and Newmark method, the static and dynamic deflections of the structure are obtained. The effects of agglomeration and CNTs volume percent, damping of structure, nonlocal parameter, length and thickness of micro-beam are presented on the static and dynamic deflections of the nanocomposite structure. Results show that with increasing CNTs volume percent, the maximum dimensionless dynamic deflection is reduced about 17%. In addition, assuming CNTs agglomeration increases the dimensionless dynamic deflection about 14%. It is also found that with increasing the CNTs volume percent from 0 to 0.15, the static deflection is decreased about 3 times due to the enhance in the stiffness of the structure. In addition, with enhancing the nonlocal parameters, the dynamic deflection is increased about 3.1 times.
This paper proposes an analytical method to investigate the free vibration behaviour of new functionally graded (FG) carbon nanotubes reinforced composite beams based on a higher-order shear deformation theory. Cosine functions represent the material gradation and material properties via the thickness. The kinematic relations of the beam are proposed according to trigonometric functions. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's method. A comparative evaluation of results against predictions from literature demonstrates the accuracy of the proposed analytical model. Moreover, a detailed parametric analysis checks for the sensitivity of the vibration response of FG nanobeams to nonlocal length scale, strain gradient microstructure-scale, material distribution and geometry.
S. Abdul Ameer;Abbas Hameed Abdul Hussein;Mohammed H. Mahdi;Fahmy Gad Elsaid;V. Tahouneh
Steel and Composite Structures
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v.50
no.4
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pp.429-441
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2024
This paper studies the free vibration behavior of trapezoidal shaped coupled double-layered graphene sheets (DLGS) system using first-order shear deformation theory (FSDT) and incorporating nonlocal elasticity theory. Two nanoplates are assumed to be bonded by an interlayer van der walls force and surrounded by an external kelvin-voight viscoelastic medium. The governing equations together with related boundary condition are discretized using a mapping-differential quadrature method (DQM) in the spatial domain. Then the natural frequency of the system is obtained by solving the eigen value matrix equation. The validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature and then a parametric study is thoroughly performed, concentrating on the series effects of angles and aspect ratio of GS, viscoelastic medium, and nonlocal parameter. The model is used to study the vibration of DLGS for two typical deformation modes, the in-phase and out-of-phase vibrations, which are investigated. Numerical results indicate that due to Increasing the damping parameter of the viscoelastic medium has reduced the frequency of both modes and this medium has been able to overdamped the oscillations and by increasing stiffness parameters both in-phase and out-of-phase vibration frequencies increased.
Tohidi, H.;Hosseini-Hashemi, S.H.;Maghsoudpour, A.;Etemadi, S.
Wind and Structures
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v.25
no.2
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pp.131-156
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2017
This paper deals with the dynamic stability of embedded functionally graded (FG)-carbon nanotubes (CNTs)-reinforced micro cylindrical shells. The structure is subjected to harmonic non-uniform temperature distribution and 2D magnetic field. The CNT reinforcement is either uniformly distributed or FG along the thickness direction where the effective properties of nano-composite structure are estimated through Mixture low. The viscoelastic properties of structure are captured based on the Kelvin-Voigt theory. The surrounding viscoelastic medium is considered nonhomogeneous with the spring, orthotropic shear and damper constants. The material properties of cylindrical shell and the viscoelastic medium constants are assumed temperature-dependent. The first order shear deformation theory (FSDT) or Mindlin theory in conjunction with Hamilton's principle is utilized for deriving the motion equations where the size effects are considered based on Eringen's nonlocal theory. Based on differential quadrature (DQ) and Bolotin methods, the dynamic instability region (DIR) of structure is obtained for different boundary conditions. The effects of different parameters such as volume percent and distribution type of CNTs, mode number, viscoelastic medium type, temperature, boundary conditions, magnetic field, nonlocal parameter and structural damping constant are shown on the DIR of system. Numerical results indicate that the FGX distribution of CNTs is better than other considered cases. In addition, considering structural damping of system reduces the resonance frequency.
Dynamic responses of porous piezoelectric and metal foam nano-size plates have been examined via a four variables plate formulation. Diverse pore dispersions named uniform, symmetric and asymmetric have been selected. The piezoelectric nano-size plate is subjected to an external electrical voltage. Nonlocal strain gradient theory (NSGT) which includes two scale factors has been utilized to provide size-dependent model of foam nanoplate. The presented plate formulation verifies the shear deformations impacts and it gives fewer number of field components compared to first-order plate model. Hamilton's principle has been utilized for deriving the governing equations. Achieved results by differential quadrature (DQ) method have been verified with those reported in previous studies. The influences of nonlocal factor, strain gradients, electrical voltage, dynamical load frequency and pore type on forced responses of metal and piezoelectric foam nano-size plates have been researched.
In this paper, the critical buckling temperature of single-walled Boron Nitride nanotube (SWBNNT) is estimated using a new nonlocal first-order shear deformation beam theory. The present model is capable of capturing both small scale effect and transverse shear deformation effects of SWBNNT and is based on assumption that the inplane and transverse displacements consist of bending and shear components, in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments. Results indicate the importance of the small scale effects in the thermal buckling analysis of Boron Nitride nanotube.
Kunbar, Laith A. Hassan;Alkadhimi, Basim Mohamed;Radhi, Hussein Sultan;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.8
no.4
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pp.259-274
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2019
Flexoelectric effect has a major role on mechanical responses of piezoelectric materials when their dimensions become submicron. Applying differential quadrature (DQ) method, the present article studies dynamic characteristics of a small scale beam made of piezoelectric material considering flexoelectric effect. In order to capture scale-dependency of such piezoelectric beams, nonlocal elasticity theory is utilized and also surface effects are included for better structural modeling. Governing equations have been derived by utilizing Hamilton's rule with the assumption that the scale-dependent beam is subjected to thermal environment leading to uniform temperature variation across the thickness. Obtained results based on DQ method are in good agreement with previous data on pizo-flexoelectric beams. Finally, it would be indicated that dynamic response characteristics and vibration frequencies of the nano-size beam depends on the existence of flexoelectric influence and the magnitude of scale factors.
Thermal bifurcation buckling behavior of fully clamped Euler-Bernoulli nanobeam built of a through thickness functionally graded material is explored for the first time in the present paper. The variation of material properties of the FG nanobeam are graded along the thickness by a power-law form. Temperature dependency of the material constituents is also taken into consideration. Eringen's nonlocal elasticity model is employed to define the small-scale effects and long-range connections between the particles. The stability equations of the thermally induced FG nanobeam are derived via the principal of the minimum total potential energy and solved analytically for clamped boundary conditions, which lead for more accurate results. Moreover, the obtained buckling loads of FG nanobeam are validated with those existing works. Parametric studies are performed to examine the influences of various parameters such as power-law exponent, small scale effects and beam thickness on the critical thermal buckling load of the temperature-dependent FG nanobeams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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