The general solution for two-dimensional magneto-electro-elastic media in terms of four harmonic displacement functions is proposed analytically. The expressions of specific solutions of magneto-electro-elastic plane problems with specific body forces are derived. Finally, based on the general solution in the case of distinct eigenvalues and the specific solution for density functionally gradient media, two kinds of beam problems with body forces depending only on the z or x coordinate are solved by the trial-and-error method.
A new analytical buckling solution of a thermo-electro-magneto-elastic (TEME) cylindrical nano-shell made of BiTiO3-CoFe2O4 materials is obtained based on Hamiltonian approach. The Winkler and Pasternak elastic foundations as well as thermo-electro-magneto-mechanical loadings are applied, and two different types of edge conditions are taken into the investigation. According to nonlocal strain gradient theory (NSGT) and surface elasticity theory in conjunction with the Kirchhoff-Love theory, governing equations of the nano-shell are acquired, and the buckling bifurcation condition is obtained by adopting the Navier's method. The detailed parameter study is conducted to investigate the effects of axial and circumferential wave numbers, scale parameters, elastic foundations, edge conditions and thermo-electro-magnetic loadings on the buckling behavior of the nano-shell. The proposed model can be applied in design and analysis of TEME nano components with multi-field coupled behavior, multiple edge conditions and scale effect.
The problem of a semi-infinite magneto-electro-elastically impermeable mode-III crack in a magneto-electro-elastic material is considered under the action of impact loads. For the case when a pair of concentrated anti-plane shear impacts, electric displacement and magnetic induction impacts are exerted symmetrically on the upper and lower surfaces of the crack, the magneto-electro-elastic field ahead of the crack tip is determined in explicit form. The dynamic intensity factors and dynamic energy density factor are obtained. The method adopted is to reduce the mixed initial-boundary value problem, by using the Laplace and Fourier transforms, into three simultaneous dual integral equations, one of which is converted into an Abel's integral equation and the others into a singular integral equation with Cauchy kernel. Based on the obtained fundamental solutions of point impact loads, the solutions of two kinds of different loading cases are evaluated by integration. For some particular cases, the present results reduce to the previous results.
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.
A smart beam made of magneto-electro-elastic (MEE) material having piezoelectric phase and piezomagnetic phase, shows the coupling between magnetic, electric, thermal and mechanical under thermal environment. Product properties such as pyroelectric and pyromagnetic are generated in this MEE material under thermal environment. Recently studies have been published on the product properties (pyroelectric and pyromagnetic) for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the magneto-electro-elastic beam with different volume fractions, investigated under uniform temperature rise is the main aim of this paper, to study the influence of product properties on clamped-free boundary condition, using finite element procedures. The finite element beam is modeled using eight node 3D brick element with five nodal degrees of freedom viz. displacements in the x, y and z directions and electric and magnetic potentials. It is found that a significant increase in electric potential observed at volume fraction of $BaTiO_3$, $v_f$ = 0.2 due to pyroelectric effect. In-contrast, the displacements and stresses are not much affected.
A unified formulation of finite layer methods (FLMs), based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), is developed for the three-dimensional (3D) coupled electro-elastic analysis of simply-supported, functionally graded piezoelectric material (FGPM) plates with open- and closed-circuit surface conditions and under electro-mechanical loads. In this formulation, the material properties of the plate are assumed to obey an exponent-law varying exponentially through the thickness coordinate, and the plate is divided into a number of finite rectangular layers, in which the trigonometric functions and Lagrange polynomials are used to interpolate the in- and out-of-plane variations of the primary field variables of each individual layer, respectively, such as the elastic displacement, transverse shear and normal stress, electric potential, and normal electric displacement components. The relevant orders used for expanding these variables in the thickness coordinate can be freely chosen as the linear, quadratic and cubic orders. Four different mechanical/electrical loading conditions applied on the top and bottom surfaces of the plate are considered, and the corresponding coupled electro-elastic analysis of the loaded FGPM plates is undertaken. The accuracy and convergence rate of the RMVT-based FLMs are assessed by comparing their solutions with the exact 3D piezoelectricity ones available in the literature.
This article investigates vibration behavior of magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) nanobeams embedded in two-parameter elastic foundation using a third-order parabolic shear deformation beam theory. Material properties of MEE-FG nanobeam are supposed to be variable throughout the thickness based on power-law model. Based on Eringen's nonlocal elasticity theory which captures the small size effects and using the Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of motions are derived and then solved analytically. Then the influences of elastic foundation, magnetic potential, external electric voltage, nonlocal parameter, power-law index and slenderness ratio on the frequencies of the embedded MEE-FG nanobeams are studied.
By means of the two-dimensional basic equations of transversely isotropic magneto-electro-elastic media and the strict differential operator theorem, the general solution in the case of distinct eigenvalues is derived, in which all mechanical, electric and magnetic quantities are expressed in four harmonic displacement functions. Based on this general solution in the case of distinct eigenvalues, a series of problems is solved by the trial-and-error method, including magneto-electro-elastic rectangular beam under uniform tension, electric displacement and magnetic induction, pure shearing and pure bending, cantilever beam with point force, point charge or point current at free end, and cantilever beam subjected to uniformly distributed loads. Analytical solutions to various problems are obtained.
Kargar, Javad;Arani, Ali Ghorbanpour;Arshid, Ehsan;Rahaghi, Mohsen Irani
Structural Engineering and Mechanics
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제78권5호
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pp.557-572
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2021
The current study considers free vibration of the spherical panel with magnetorheological (MR) fluids core and magneto-electro-elastic face sheets. The panel is subjected to electro-magnetic loads and also is located on an orthotropic visco-Pasternak elastic foundation. To describe the displacement components of the structure, the first-order shear deformation theory (FSDT) is used and the motion equations are extracted by employing Hamilton's principle. To solve the motion differential equations, Navier's method is selected as an exact analytical solution for simply supported boundary conditions. Effect of the most important parameters such as magnetic field intensity, loss factor, multi-physical loads, types of an elastic medium, geometrical properties of the panel, and also different material types for the face sheets on the results is considered and discussed in details. The outcomes of the present work may be used to design more efficient smart structures such as sensors and actuators.
본 논문은 탄성지반위에 놓인 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 구조안정에 관하여 1차 전단변형이론을 이용하여 분석하였다. 4변이 단순지지된 자기-전기-탄성 나노 판의 좌굴하중을 구하기 위하여 Navier 방법을 적용하였다. 기존의 연구들에서는 2방향 좌굴해석은 거의 연구되지 않았다. Maxwell 방정식과 자기-전기 경계조건에 따라 자기-전기-탄성 나노 판의 두께 방향에 따른 자위 및 전위의 변화가 결정된다. 자기-전기-탄성 나노 판의 탄성이론을 재 공식화하기 위하여 Eringen의 비국소 미분 구성 관계식을 사용하였고 변분이론을 이용하여 비국소 탄성이론의 지배방정식을 연구하였다. 탄성지반의 효과는 Pasternak의 가정을 적용하였다. 비국소 이론과 국소 이론의 관계를 계산 결과를 통하여 분석하였다. 또한, 전위 및 자위의 크기, 비국소 매개변수, 탄성지반 매개변수 그리고 폭-두께 비에 따른 구조적 안정문제를 연구하였다. 분석 결과들은 전위 및 자위의 효과를 나타내었다. 이러한 계산 결과들은 자기-전기-탄성 재료로 구성된 신소재 구조물에 관한 향후 연구의 비교자료가 될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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