Cheraghbak, Ali;Dehkordi, M. Botshekanan;Golestanian, H.
Steel and Composite Structures
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v.32
no.6
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pp.795-806
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2019
In this paper, free vibration of sandwich beam with flexible core resting on orthotropic Pasternak is investigated. The top and bottom layers are reinforced by carbon nanotubes (CNTs). This sandwich structural is modeled by Euler and Frostig theories. The effect of agglomeration using Mori-Tanaka model is considered. The Eringen's theory is applied for size effect. The structural damping is investigated by Kelvin-voigt model. The motion equations are calculated by Hamilton's principle and energy method. Using analytical method, the frequency of the structure is obtained. The effect of agglomeration and CNTs volume percent for different parameter such as damping of structure, thickens and spring constant of elastic medium are presented on the frequency of the composite structure. Results show that with increasing CNTs agglomeration, frequency is decreased.
The present research study emphasizes the utilization of mathematical simulation on a nanoelectromechanical systems (NEMS) sensor to facilitate the detection of injuries in players and equipment. Specifically, an investigation is conducted on the thermal buckling behavior of a small-scale truncated conical, cylindrical beam, which is fabricated using porous functionally graded (FG) material. The beam exhibits non-uniform characteristics in terms of porosity, thickness, and material distribution along both radial and axial directions. To assess the thermal buckling performance under various environmental heat conditions, classical and first-order nonlocal beam theories are employed. The governing equations for thermal stability are derived through the application of the energy technique and subsequently numerically solved using the extended differential quadratic technique (GDQM). The obtained results are comprehensively analyzed, taking into account the diverse range of effective parameters employed in this meticulous study.
This paper investigates the effect of linear and non-linear distribution of carbon nanotube volume fraction in the FG-CNTRC beams on the critical buckling by using higher-order shear deformation theories. Here, the material properties of the CNTRC beams are assumed to be graded in the thickness direction according to a new exponential power law distribution in terms of the carbon nanotube volume fractions. The single-walled carbon nanotube is aligned and distributed in the polymeric matrix with different patterns of reinforcement; the material properties of the CNTRC beams are described by using the rule of mixture. The governing equations are derived through using Hamilton's principle. The Navier solution method is used under the specified boundary conditions for simply supported CNTRC beams. The mathematical models provided in this work are numerically validated by comparison with some available results. New results of critical buckling with the non-linear distribution of CNT volume fraction in different patterns are presented and discussed in detail, and compared with the linear distribution. Several aspects of beam types, CNT volume fraction, exponent degree (n), aspect ratio, etc., are taken into this investigation. It is revealed that the influences of non-linearity distribution in the beam play an important role to improve the mechanical properties, especially in buckling behavior. The results show that the X-Beam configuration is the strongest among all different types of CNTRC beams in supporting the buckling loads.
We investigated complex damped modes in beams in the presence of a viscoelastic layer sandwiched between two elastic layers. The problem was solved using two approaches, (1) Rayleigh beam theory and analyzed using the Ritz method, and (2) by using 2D plane stress elasticity based finite-element method. The damping in the layers was modeled using the complex modulus. Simply-supported, cantilever, and viscously supported boundary conditions were considered in this study. Simple trigonometric functions were used as admissible functions in the Ritz method. The key idea behind sandwich structure is to increase damping in a beam as affected by the presence of a highly-damped core layer vibrating mainly in shear. Different assumptions are utilized in the literature, to model shear deformation in the core layer. In this manuscript, we used FEM without any kinematic assumptions for the transverse shear in both the core and elastic layers. Moreover, numerical examples were studied, where the base and constraining layers were also damped. The loss factor was calculated by modal strain energy method, and by solving a complex eigenvalue problem. The efficiency of the modal strain energy method was tested for different loss factors in the core layer. Complex mode shapes of the beam were also examined in the study, and a comparison was made between viscoelastically and viscously damped structures. The numerical results were compared with those available in the literature, and the results were found to be satisfactory.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.4
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pp.643-652
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1989
The purpose of this research is to analyze the impact behavior of beam-like laminates due to the transverse impact of a steel ball according to the changes of stacking sequence and aspect ratio. For this purpose, it is carried out the dynamic finite element analyses using the modified beam theory for laminates and the first order shear deformation plate theory. The results of these analyses are compared with those of experimental impact tests. The composite materials are composed of [0.deg./45.deg./0.deg./-45.deg./0.deg.]$_{2S}$ and [90.deg./45.deg./90.deg./-45.deg./90.deg.]$_{2S}$ stacking sequences and have 4.5 t * 5(10, 20 & 30)w * 200(300)l(mm)dimensions. In all analyses, the specimens are clamped at both ends.cimens are clamped at both ends.
Devnath, Indronil;Islam, Mohammad Nazmul;Siddique, Minhaj Uddin Mahmood;Tounsi, Abdelouahed
Advances in nano research
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v.12
no.2
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pp.139-150
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2022
This paper presents sets of explicit analytical equations that compute the static displacements of nanobeams by adopting the nonlocal elasticity theory of Eringen within the framework of Euler Bernoulli and Timoshenko beam theories. Castigliano's theorem is applied to an equivalent Virtual Local Beam (VLB) made up of linear elastic material to compute the displacements. The first derivative of the complementary energy of the VLB with respect to a virtual point load provides displacements. The displacements of the VLB are assumed equal to those of the nonlocal beam if nonlocal effects are superposed as additional stress resultants on the VLB. The illustrative equations of displacements are relevant to a few types of loadings combined with a few common boundary conditions. Several equations of displacements, thus derived, matched precisely in similar cases with the equations obtained by other analytical methods found in the literature. Furthermore, magnitudes of maximum displacements are also in excellent agreement with those computed by other numerical methods. These validated the superposition of nonlocal effects on the VLB and the accuracy of the derived equations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.2
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pp.129-138
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2012
This paper deals with geometrical non-linear analyses of the tapered variable-arc-length beam, subjected to the combined load with an end moment and a point load. The beam is supported by a hinged end and a frictionless sliding support so that the axial length of the deformed beam can be increased by its load. Cross sections of the beam whose flexural rigidities are functionally varied with the axial coordinate. The simultaneous differential equations governing the elastica of such beam are derived on the basis of the Bernoulli-Euler beam theory. These differential equations are numerically solved by the iteration technique for obtaining the elastica of the deformed beam. For validating theories developed herein, laboratory scaled experiments are conducted.
Mohammadimehr, M.;Mohammadi-Dehabadi, A.A.;Akhavan Alavi, S.M.;Alambeigi, K.;Bamdad, M.;Yazdani, R.;Hanifehlou, S.
Steel and Composite Structures
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v.29
no.3
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pp.405-422
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2018
In this research, experimental tensile test and manufacturing of carbon nanotube reinforced composite beam (CNTRC) is presented. Also, bending, buckling, and vibration analysis of CNTRC based on various beam theories such as Euler-Bernoulli, Timoshenko and Reddy beams are considered. At first, the experimental tensile tests are carried out for CNTRC and composite beams in order to obtain mechanical properties and then using Hamilton's principle the governing equations of motion are derived for Euler Bernoulli, Timoshenko and Reddy theories. The results have a good agreement with the obtained results by similar researches and it is shown that adding just two percent of carbon nanotubes increases dimensionless fundamental frequency and critical buckling load as well as decreases transverse deflection of composite beams. Also, the influences of different manufacturing processes such as hand layup and industrial methods using vacuum pump on composite properties are investigated. In these composite beams, glass fibers used in an epoxy matrix and for producing CNTRC, CNTs are applied as reinforcement particles. Applying two percent of CNTs leads to increase the mechanical properties and increases natural frequencies and critical buckling load and decreases deflection. The obtained natural frequencies and critical buckling load by theoretical method are higher than other methods, because there are some inevitable errors in industrial and hand layup method. Also, the minimum deflection occurs for theoretical methods, in bending analysis. In this study, Young's and shear modulli as well as density are obtained by experimental test and have not been used from the results of other researches. Then the theoretical analysis such as bending, buckling and vibration are considered by using the obtained mechanical properties of this research.
Shokrieh, Mahmood Mehrdad;Heidari-Rarani, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.37
no.2
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pp.149-162
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2011
The aim of this research is a comprehensive review and evaluation of beam theories resting on elastic foundations that used to model mode-I delamination in multidirectional laminated composite by DCB specimen. A compliance based approach is used to calculate critical strain energy release rate (SERR). Two well-known beam theories, i.e. Euler-Bernoulli (EB) and Timoshenko beams (TB), on Winkler and Pasternak elastic foundations (WEF and PEF) are considered. In each case, a closed-form solution is presented for compliance versus crack length, effective material properties and geometrical dimensions. Effective flexural modulus ($E_{fx}$) and out-of-plane extensional stiffness ($E_z$) are used in all models instead of transversely isotropic assumption in composite laminates. Eventually, the analytical solutions are compared with experimental results available in the literature for unidirectional ($[0^{\circ}]_6$) and antisymmetric angle-ply ($[{\pm}30^{\circ}]_5$, and $[{\pm}45^{\circ}]_5$) lay-ups. TB on WEF is a simple model that predicts more accurate results for compliance and SERR in unidirectional laminates in comparison to other models. TB on PEF, in accordance with Williams (1989) assumptions, is too stiff for unidirectional DCB specimens, whereas in angle-ply DCB specimens it gives more reliable results. That it shows the effects of transverse shear deformation and root rotation on SERR value in composite DCB specimens.
Youcef, Djamel Ould;Kaci, Abdelhakim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Benzair, Abdelnour;Heireche, Houari
Advances in nano research
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v.3
no.4
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pp.177-191
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2015
In this article, various higher-order shear deformation theories (HSDTs) are developed for bending and buckling behaviors of nanowires including surface stress effects. The most important assumption used in different proposed beam theories is that the deflection consists of bending and shear components and thus the theories have the potential to be utilized for modeling of the surface stress influences on nanowires problems. Numerical results are illustrated to prove the difference between the response of the nanowires predicted by the classical and non-classical solutions which depends on the magnitudes of the surface elastic constants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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