The size-dependent behavior of single walled carbon nanotubes (SWCNT) embedded in the elastic medium and subjected to the initial axial force is investigated using the mixed finite element method. The SWCNT is assumed to be Euler-Bernoulli beam incorporating nonlocal theory developed by Eringen. The mixed finite element model shows its great advantage of dealing with nonlocal behavior of SWCNT subjected to a concentrated load owing to the existence of two coefficients ${\alpha}_1$ and ${\alpha}_2$. This is the first numerical approach to deal with a puzzling fact of nonlocal theory with concentrated load. Numerical examples are performed to show the accuracy and efficiency of the present method. In addition, parametric study is carefully carried out to point out the influences of nonlocal effect, the elastic medium, and the initial axial force on the behavior of the carbon nanotubes.
This paper attempts to investigate the free vibration of functionally graded material beams with nonuniform width based on the nonlocal elasticity theory. The theoretical formulations are established following the Euler-Bernoulli beam theory, and the governing equations of motion of the system are derived from the minimum total potential energy principle using the nonlocal elasticity theory. In addition, the Differential Quadrature Method (DQM) is applied, along with the Chebyshev-Gauss-Lobatto polynomials, in order to determine the weighting coefficient matrices. Furthermore, the effects of the nonlocal parameter, cross-section area of the functionally graded material (FGM) beam and various boundary conditions on the natural frequencies are examined. It is observed that the nonlocal parameter and boundary conditions significantly influence the natural frequencies of the functionally graded material beam cross-section. The results obtained, using the Differential Quadrature Method (DQM) under various boundary conditions, are found in good agreement with analytical and numerical results available in the literature.
Mokhtar, Youcef;Heireche, Houari;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.4
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pp.397-405
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2018
In this paper, a novel simple shear deformation theory for buckling analysis of single layer graphene sheet is formulated using the nonlocal differential constitutive relations of Eringen. The present theory involves only three unknown and three governing equation as in the classical plate theory, but it is capable of accurately capturing shear deformation effects, instead of five as in the well-known first shear deformation theory (FSDT) and higher-order shear deformation theory (HSDT). A shear correction factor is, therefore, not required. Nonlocal elasticity theory is employed to investigate effects of small scale on buckling of the rectangular nano-plate. The equations of motion of the nonlocal theories are derived and solved via Navier's procedure for all edges simply supported boundary conditions. The results are verified with the known results in the literature. The influences played by Effects of nonlocal parameter, length, thickness of the graphene sheets and shear deformation effect on the critical buckling load are studied. Verification studies show that the proposed theory is not only accurate and simple in solving the buckling nanoplates, but also comparable with the other higher-order shear deformation theories which contain more number of unknowns.
Bessaim, Aicha;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bernard, Fabrice;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.2
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pp.223-240
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2015
In this work, a nonlocal quasi-3D trigonometric plate theory for micro/nanoscale plates is proposed. In order to introduce the size influences, the Eringen's nonlocal elasticity theory is utilized. In addition, the theory considers both shear deformation and thickness stretching effects by a trigonometric variation of all displacements within the thickness, and respects the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without considering the shear correction factor. The advantage of this theory is that, in addition to considering the small scale and thickness stretching effects (${\varepsilon}_z{\neq}0$), the displacement field is modelled with only 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT). Analytical solutions for vibration of simply supported micro/nanoscale plates are illustrated, and the computed results are compared with the available solutions in the literature and finite element model using ABAQUS software package. The influences of the nonlocal parameter, shear deformation and thickness stretching on the vibration behaviors of the micro/nanoscale plates are examined.
This article represents a quasi-3D theory for the buckling investigation of magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) nanoplates. All the effects of shear deformation and thickness stretching are considered within the presented theory. Magneto-electro-elastic material properties are considered to be graded in thickness direction employing power-law distribution. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of such nanoplates. Using Hamilton's principle, the nonlocal governing equations based on quasi-3D plate theory are obtained for the buckling analysis of MEE-FG nanoplates including size effect and they are solved applying analytical solution. It is found that magnetic potential, electric voltage, boundary conditions, nonlocal parameter, power-law index and plate geometrical parameters have significant effects on critical buckling loads of MEE-FG nanoscale plates.
Mohammad Hosseini;Parisa Chahargonbadizade;Mohammadreza Mofidi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.4
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pp.335-354
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2023
In this study, analysis of wave propagation characteristics for functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) nanoplates is performed using first-order shear deformation theory (FSDT) and nonlocal strain gradient theory. Uniform distribution (UD) and three types of functionally graded distributions of carbon nanotubes (CNTs) are assumed. The effective mechanical properties of the FG-CNTRC nanoplate are assumed to vary continuously in the thickness direction and are approximated based on the rule of mixture. Also, the governing equations of motion are derived via the extended Hamilton's principle. In numerical examples, the effects of nonlocal parameter, wavenumber, angle of wave propagation, volume fractions, and carbon nanotube distributions on the wave propagation characteristics of the FG-CNTRC nanoplate are studied. As represented in the results, it is clear that the internal length-scale parameter has a remarkable effect on the wave propagation characteristics resulting in significant changes in phase velocity and natural frequency. Furthermore, it is observed that the strain gradient theory yields a higher phase velocity and frequency compared to those obtained by the nonlocal strain gradient theory and classic theory.
In this work, free vibration characteristics of functionally graded piezoelectric (FGP) nanobeams based on third order parabolic shear deformation beam theory are studied by presenting a Navier type solution as the first attempt. Electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to change continuously throughout the thickness based on power-law model. To capture the small size effects, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Using Hamilton's principle, the nonlocal governing equations for third order shear deformable piezoelectric FG nanobeams are obtained and they are solved applying analytical solution. By presenting some numerical results, it is demonstrated that the suggested model presents accurate frequency results of the FGP nanobeams. The influences of several parameters including, external electric voltage, power-law exponent, nonlocal parameter and mode number on the natural frequencies of the size-dependent FGP nanobeams is discussed in detail.
The bending, stability (buckling) and vibration response of nano sized beams is presented in this study based on the Eringen's nonlocal elasticity theory in conjunction with the Euler-Bernoulli beam theory. For this purpose, the bending, buckling and vibration problem of Euler-Bernoulli nanobeams are developed and solved on the basis of nonlocal elasticity theory. The effects of various parameters such as nonlocal parameter e0a, length of beam L, mode number n, distributed load q and cross-section on the bending, buckling and vibration behaviors of carbon nanotubes idealized as Euler-Bernoulli nanobeam is investigated. The transverse deflections, maximum transverse deflections, vibrational frequency and buckling load values of carbon nanotubes are given in tables and graphs.
In this paper, thermal vibration of a nonlocal functionally graded (FG) plates with arbitrary boundary conditions under linear and non-linear temperature fields is explored by developing a refined shear deformation plate theory with an inverse cotangential function in which shear deformation effect was involved without the need for shear correction factors. The material properties of FG nanoplate are considered to be temperature-dependent and graded in the thickness direction according to the Mori-Tanaka model. On the basis of non-classical higher order plate model and Eringen's nonlocal elasticity theory, the small size influence was captured. Numerical examples show the importance of non-uniform thermal loadings, boundary conditions, gradient index, nonlocal parameter and aspect and side-to-thickness ratio on vibrational responses of size-dependent FG nanoplates.
Forced vibration behavior of porous metal foam nanoplates on elastic medium is studied via a 4-variable plate theory. Different porosity distributions called uniform, symmetric and asymmetric are considered. Nonlocal strain gradient theory (NSGT) containing two scale parameters is employed for size-dependent modeling of porous nanoplates. The present plate theory satisfies the shear deformation effect and it has lower field variables compared with first order plate theory. Hamilton's principle is employed to derive 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, dynamic loading, porosity distributions and porosity coefficient on dynamic deflection and resonance frequencies of metal foam nanoscale plates are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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