Using artificial intelligence and internet of things methods in engineering and industrial problems has become a widespread method in recent years. The low computational costs and high accuracy without the need to engage human resources in comparison to engineering demands are the main advantages of artificial intelligence. In the present paper, a deep neural network (DNN) with a specific method of optimization is utilize to predict fundamental natural frequency of a cylindrical structure. To provide data for training the DNN, a detailed numerical analysis is presented with the aid of functionally modified couple stress theory (FMCS) and first-order shear deformation theory (FSDT). The governing equations obtained using Hamilton's principle, are further solved engaging generalized differential quadrature method. The results of the numerical solution are utilized to train and test the DNN model. The results are validated at the first step and a comprehensive parametric results are presented thereafter. The results show the high accuracy of the DNN results and effects of different geometrical, modeling and material parameters in the natural frequencies of the structure.
In the current research, the thermal buckling characteristics of the bi-directional functionally graded nano-scale tapered beam on the basis of a couple of nonlocal Eringen and classical beam theories are scrutinized. The nonlocal governing equation and associated nonlocal boundary conditions are constructed using the conservation energy principle, and the resulting equations are solved using the generalized differential quadrature method (GDQM). The mechanical characteristics of the produced material are altered along both the beam length and thickness direction, indicating that it is a two-dimensional functionally graded material (2D-FGM). It is thought that the nanostructures are defective because to the presence of porosity voids. Finally, the obtained results are used to design small-scale sensors and make an excellent panorama of developing the production of nanostructures.
Yongyong Wang;Qixia Jia;Tingting Deng;H. Elhosiny Ali
Earthquakes and Structures
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제24권2호
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pp.111-126
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2023
Highly reliable and versatile methods artificial intelligence (AI) have found multiple application in the different fields of science, engineering and health care system. In the present study, we aim to utilize AI method to investigated vibrations in the human leg bone. In this regard, the bone geometry is simplified as a thick cylindrical shell structure. The deep neural network (DNN) is selected for prediction of natural frequency and critical buckling load of the bone cylindrical model. Training of the network is conducted with results of the numerical solution of the governing equations of the bone structure. A suitable optimization algorithm is selected for minimizing the loss function of the DNN. Generalized differential quadrature method (GDQM), and Hamilton's principle are used for solving and obtaining the governing equations of the system. As well as this, in the results section, with the aid of AI some predictions for improving the behaviors of the various sport systems will be given in detail.
The possibility of energy harvesting as well as vibration of a three-layered beam consisting of two piezoelectric layers and one core layer made of nonpiezoelectric material is investigated using nonlocal strain gradient theory. The three-layered nanobeam is resting on an elastic foundation. Hamilton's principle is used to derive governing equations and associated boundary conditions. The generalized differential quadrature method (GDQM) was used to discretize the equations, and the Newmark beta method was used to solve them. The size-dependency of the elastic foundation is considered using two-phase elasticity. The equations, as well as the solution procedure, are validated utilizing some compassion studies. This work can be a basis for future studies on energy harvesting of small scales.
In this paper, Coriolis effect on vibration behavior of a rotating rectangular plate made of functionally graded (FG) materials under thermal loading has been investigated. The material properties of the FG plate are supposed to get changed in parallel with the thickness of the plate and the thermal properties of the material are assumed to be thermo-elastic. In this research, the effect of hub size, rotating speed and setting angle are considered. Governing equation of motion and the associated boundary conditions are obtained by Hamilton's principle. Generalized differential quadrature method (GDQM) is used to solve the governing differential equation with respect to cantilever boundary condition. The results were successfully verified with the published literatures. These results can be useful for designing rotary systems such as turbine blades. In this work, Coriolis and thermal effects are considered for the first time and GDQM method has been used in solving the equations of motion of a rotating FGM plate.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sobhani, Emad;Masoodi, Amir R.
Steel and Composite Structures
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제43권5호
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pp.603-623
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2022
This article is dedicated to predict the natural frequencies of joined conical shell structures made of Functionally Graded Material (FGM). The structure includes two conical segments. The equivalent material properties are found by using the rule of mixture based on Voigt model. In addition, three well-known patterns are employed for distribution of material properties throughout the thickness of the structure. The main objective of the present research is to propose a novel exponential pattern and obtain the related equivalent material properties. Furthermore, the Donnell type shell theory is used to obtain the governing equations of motion. Note that these equations are obtained by employing First-order Shear Deformation Theory (FSDT). In order to discretize the governing system of differential equations, well-known and efficient semi-analytical scheme, namely Generalized Differential Quadrature Method (GDQM), is utilized. Different boundary conditions are considered for various types of single and joined conical shell structures. Moreover, an applicable modification is considered for the continuity conditions at intersection position. In the first step, the proposed formulation is verified by solving some well-known benchmark problems. Besides, some new numerical examples are analyzed to show the accuracy and high capability of the suggested technique. Additionally, several geometric and material parameters are studied numerically.
In this paper, the free and forced vibration analysis of rotating cantilever nanoscale cylindrical beams and tubes is investigated under the external dynamic load to examine the nonlocal effect. A couple of nonlocal strain gradient theories with different beams and tubes theories, involving the Euler-Bernoulli, Timoshenko, Reddy beam theory along with the higher-order tube theory, are assumed to the mathematic model of governing equations employing the Hamilton principle in order to derive the nonlocal governing equations related to the local and accurate nonlocal boundary conditions. The two-dimensional functional graded material (2D-FGM), made by the axially functionally graded (AFG) in conjunction with the porosity distribution in the radial direction, is considered material modeling. Finally, the derived Partial Differential Equations (PDE) are solved via a couple of the generalized differential quadrature element methods (GDQEM) with the Newmark-beta techniques for the time-dependent results. It is indicated that the boundary conditions equations play a crucial task in responding to nonlocal effects for the cantilever structures.
The possibility of energy harvesting as well as controlled vibration of a three-layered beam consisting of two piezoelectric layer and one core layer made of nonpiezoelectric material is investigated using paradox-free local/nonlocal theory. The three-layered nanobeam is resting on an elastic foundation and subjected to a blast load. Also, the core layer is made of Nano-composites reinforced by CNTs and carbon fibers (MHCD). Governing equations as well as boundary conditions are obtained using Hamilton,s principle. The equations discretized by Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) and solved by Newmark beta method. In addition, two differential and integral gains are employed for controlling the forced vibration. The size-dependency of the elastic foundation is considered using two-phase elasticity. The effect of elastic foundation, control gains, nonlocal factor, as well as parameters affecting the core material on the forced vibration and energy harvesting is investigated in detail. The equations as well as solution procedure is validated utilizing some compassion studies. This work can be a basis for future studies on energy harvesting and controlled vibration in small scales.
This study investigates the stability and performance of high-resistance badminton nets through the integration of reinforced lightweight materials. By focusing on the structural and economic impacts, the research aims to enhance both the durability and practicality of badminton nets in professional and recreational settings. Using a combination of advanced material engineering techniques and economic analysis, we explore the development of nets constructed from innovative composites. These composites offer improved resistance to environmental factors, such as weather conditions, while maintaining lightweight properties for ease of installation and use. The study employs high-order shear deformation theory and high-order nonlocal theory to assess the mechanical behavior and stability of the nets. Partial differential equations derived from energy-based methodologies are solved using the Generalized Differential Quadrature Method (GDQM), providing detailed insights into the thermal buckling characteristics and overall performance. The findings demonstrate significant improvements in net stability and longevity, highlighting the potential for broader applications in both the sports equipment industry and related economic sectors. By bridging the gap between material science and practical implementation, this research contributes to the advancement of high-performance sports equipment and supports the growth of the sport economy.
This work treats the axisymmetric buckling of functionally graded (FG) porous annular/circular nanoplates based on modified couple stress theory (MCST). The nanoplate is located at the elastic medium which is simulated by Kerr foundation with two spring and one shear layer. The material properties of the porous FG nanostructure are assumed to vary through the nanoplate thickness based on power-law rule. Based on two variables refined plate theory, the governing equations are derived by utilizing Hamilton's principle. Applying generalized differential quadrature method (GDQM), the buckling load of the annular/circular nanoplates is obtained for different boundary conditions. The influences of different involved parameters such as boundary conditions, Kerr medium, material length scale parameter, geometrical parameters of the nanoplate, FG power index and porosity are demonstrated on the nonlinear buckling load of the annular/circular nanoplates. The results indicate that with increasing the porosity of the nanoplate, the nonlinear buckling load is decreased. In addition, with increasing the material length scale parameter to thickness ratio, the effect of spring constant of Kerr foundation on the buckling load becomes more prominent. The present results are compared with those available in the literature to validate the accuracy and reliability. A good agreement is observed between the two sets of the results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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