Asrari, Reza;Ebrahimi, Farzad;Kheirikhah, Mohammad Mahdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.659-674
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2020
The present paper employs nonlocal strain gradient theory (NSGT) to study buckling behavior of functionally graded magneto-electro-thermo-elastic (FG-METE) nanoshells under various physical fields. NSGT modeling of the nanoshell contains two size parameters, one related to nonlocal stress field and another related to strain gradients. It is considered that mechanical, thermal, electrical and magnetic loads are exerted to the nanoshell. Temperature field has uniform and linear variation in nanoshell thickness. According to a power-law function, piezo-magnetic, thermal and mechanical properties of the nanoshell are considered to be graded in thickness direction. Five coupled governing equations have been obtained by using Hamilton's principle and then solved implementing Galerkin's method. Influences of temperature field, electric voltage, magnetic potential, nonlocality, strain gradient parameter and FG material exponent on buckling loads of the FG-METE nanoshell have been studied in detail.
On the basis of equilibrium equations for static electric and magnetic fields, two unknown functions related to electric and magnetic fields were firstly introduced to rewrite the governing equations, boundary conditions and initial conditions for mechanical field. Then by introducing a dependent variable and a special function satisfying the inhomogeneous mechanical boundary conditions, the governing equation for a new variable with homogeneous mechanical boundary conditions is obtained. By using the separation of variables technique as well as the electric and magnetic boundary conditions, the dynamic problem of a functionally graded magneto-electro-elastic hollow sphere under spherically symmetric deformation is transformed to two Volterra integral equations of the second kind about two unknown functions of time. Cubic Hermite polynomials are adopted to approximate the two undetermined functions at each time subinterval and the recursive formula for solving the integral equations is derived. Transient responses of displacements, stresses, electric and magnetic potentials are completely determined at the end. Numerical results are presented and discussed.
Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Mahesh, Vinyas
Advances in nano research
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v.7
no.3
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pp.145-155
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2019
In this article, the influence of small scale effects on the free vibration response of curved magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) nanobeams has been investigated considering nonlocal elasticity theory. Power-law is used to judge the through thickness material property distribution of MEE nanobeams. The Euler-Bernoulli beam model has been adopted and through Hamilton's principle the Nonlocal governing equations of curved MEE-FG nanobeam are obtained. The analytical solutions are obtained and validated with the results reported in the literature. Several parametric studies are performed to assess the influence of nonlocal parameter, magnetic potential, electric voltage, opening angle, material composition and slenderness ratio on the dynamic behaviour of MEE curved nanobeams. It is believed that the results presented in this article may serve as benchmark results in accurate analysis and design of smart nanostructures.
In this article, wave propagation characteristics in magneto-electro-elastic (MEE) nanotube considering shell model is studied in the framework nonlocal theory. To account for the small-scale effects, the Eringen's nonlocal elasticity theory of is applied. Nonlocal governing equations of MEE nanotube have been derived utilizing Hamilton's principle. The results of this investigation have been accredited by comparing them of previous studies. An analytical solution of governing equations is used to obtain phase velocities and wave frequencies. The influences of different parameters, such as different mode, nonlocal parameter, length parameter, geometry, magnetic field and electric field on wave propagation responses of MEE nanotube are expressed in detail.
In this study, frictionless continuous and discontinuous contact problems of a magneto-electro-elastic layer in the presence of the body force were discussed. The layer was indented by a rigid cylindrical insulating punch and supported by a rigid substrate without bond. Applying the Fourier integral transform technique, the general expressions of the problem were derived in the presence of body force. Thanks to the boundary conditions, the singular integral equations were obtained for both the continuous and the discontinuous contact cases. Gauss-Chebyshev integration formulas were used to transform the singular integral equations into a set of nonlinear equations. Contact width under the punch, initial separation distance, critical load, separation regions and contact stress under the punch and between the layer, and substrate were given as a result.
In this article, the primary resonance characteristic of magneto-electro-elastic plates is analyzed, in which the geometric imperfection, thermal effect and shear deformation are taken into account, Applying Hamilton's principle, derivation of nonlinear motion equations is performed. Through solving these equations according to the modified Lindstedt Poincare method, the impacts of external electric voltage, magnetic potential, boundary conditions, temperature changes, geometric imperfection and aspect ratio on the resonance behaviors of MEE plates are examined. It can be found that, as the electric potential rises, the resonance position will be advanced. As the magnetic potential goes up, the resonance frequency of the plates increases, thus delaying the resonance position. As the initial geometric imperfection rises, the resonance position does not change, and the hard spring properties of the plates gradually weaken.
Kunbar, Laith A. Hassan;Hamad, Luay Badr;Ahmed, Ridha A.;Faleh, Nadhim M.
Smart Structures and Systems
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v.25
no.5
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pp.619-630
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2020
This paper studies nonlinear free vibration characteristics of nonlocal magneto-electro-elastic (MEE) nanobeams resting on nonlinear elastic substrate having geometrical imperfection by considering piezoelectric reinforcement scheme. The piezoelectric reinforcement can cause an enhanced vibration behavior of smart nanobeams under magnetic field. All of previously reported studies on MEE nanobeams ignore the influences of geometric imperfections which are very substantial due to the reason that a nanobeam cannot be always perfect. Nonlinear governing equations of a smart nanobeam are derived based on classical beam theory and an analytical trend is provided to obtained nonlinear vibration frequency. This research shows that changing the volume fraction of piezoelectric constituent in the material has a great influence on vibration behavior of smart nanobeam under electric and magnetic fields. Also, it can be seen that nonlinear vibration behaviors of smart nanobeam are dependent on the magnitude of exerted electric voltage, magnetic potential, hardening elastic foundation and geometrical imperfection.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.5
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pp.405-413
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2017
In this paper, we study the biaxial buckling analysis of nonlocal MEE(magneto-electro-elastic) nano plates based on the first-order shear deformation theory. The in-plane electric and magnetic fields can be ignored for MEE(magneto-electro-elastic) nano plates. According to magneto-electric boundary condition and Maxwell equation, the variation of magnetic and electric potentials along the thickness direction of the MME plate is determined. In order to reformulate the elastic theory of MEE(magneto-electro-elastic) nano-plate, the nonlocal differential constitutive relations of Eringen is used. Using the variational principle, the governing equations of the nonlocal theory are discussed. The relations between nonlocal and local theories are investigated by computational results. Also, the effects of nonlocal parameters, in-plane load directions, and aspect ratio on structural responses are studied. Computational results show the effects of the electric and magnetic potentials. These computational results can be useful in the design and analysis of advanced structures constructed from MEE(magneto-electro-elastic) materials and may be the benchmark test for the future study.
An analytical formulation and solution process for the buckling analysis of porous magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) beam via different thermal loadings and various boundary conditions is suggested in this paper. Magneto electro mechanical coupling properties of FGM beam are taken to vary via the thickness direction of beam. The rule of power-law is changed to consider inclusion of porosity according to even and uneven distribution. Pores possibly occur inside FGMs due the result of technical problems that lead to creation of micro-voids in these materials. Change in pores along the thickness direction stimulates the mechanical and physical properties. Four-variable tangential-exponential refined theory is employed to derive the governing equations and boundary conditions of porous FGM beam under magneto-electrical field via Hamilton's principle. An analytical model procedure is adopted to achieve the non-dimensional buckling load of porous FG beam exposed to magneto-electrical field with various boundary conditions. In order to evaluate the influence of thermal loadings, material graduation exponent, coefficient of porosity, porosity distribution, magnetic potential, electric voltage and boundary conditions on the critical buckling temperature of the beam made of magneto electro elastic FG materials with porosities a parametric study is presented. It is concluded that these parameters play remarkable roles on the buckling behavior of porous MEE-FG beam. The results for simpler states are proved for exactness with known data in the literature. The proposed numerical results can serve as benchmarks for future analyses of MEE-FG beam with porosity phases.
In this article, the static responses of layered magneto-electro-thermo-elastic (METE) plates in thermal environment have been investigated through FE methods. By using Reddy's third order shear deformation theory (TSDT) in association with the Hamilton's principle, the direct and derived quantities of the coupled system have been obtained. The coupled governing equations of METE plates have been derived through condensation technique. Three layered METE plates composed of piezoelectric and piezomagnetic phases are considered for evaluation. For investigating the correctness and accuracy, the results in this article are validated with previous researches. In addition, a special attention has been paid to evaluate the influence of different electro-magnetic boundary conditions and pyrocoupling on the coupled response of METE plates. Finally, the influence of stacking sequences, magnitude of temperature load and aspect ratio on the coupled static response of METE plates are investigated in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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