This is the first attempt to consider the nonlinear bending analysis of porous functionally graded (FG) thick annular and circular nanoplates resting on Kerr foundation. The size effects are captured based on modified couple stress theory (MCST). The material properties of the porous FG nanostructure are assumed to vary smoothly through the thickness according to a power law distribution of the volume fraction of the constituent materials. The elastic medium is modeled by Kerr elastic foundation which consists of two spring layers and one shear layer. The governing equations are extracted based on Hamilton's principle and two variables refined plate theory. Utilizing generalized differential quadrature method (GDQM), the nonlinear static behavior of the nanostructure is obtained under different boundary conditions. The effects of various parameters such as material length scale parameter, boundary conditions, and geometrical parameters of the nanoplate, elastic medium constants, porosity and FG index are shown on the nonlinear deflection of the annular and circular nanoplates. The results indicate that with increasing the material length scale parameter, the nonlinear deflection is decreased. In addition, the dimensionless nonlinear deflection of the porous annular nanoplate is diminished with the increase of porosity parameter. It is hoped that the present work may provide a benchmark in the study of nonlinear static behavior of porous nanoplates.
The dynamic analysis of a plate with non-linearity due to large deformation was investigated in this study. There have been many theoretical and numerical analyses of the non-linear dynamic behavior of plates examining theoretically or numerically. The problem is how correctly an analytical model can represent the dynamic characteristics of the actual system. To address the issue, the continuous-time system identification technique was used to generate non-linear models, for stiffness and damping terms, and to explain the observed behaviors with single mode assumption after comparing experimental results with the numerical results of a linear plate model.
The experimental investigations on the motion characteristics of a marine riser both in air and water were performed. The static deflections and natural frequencies of the riser in air including the effect of static offset, were obtained from the experiment. These results were compared with those of theoretical prediction by using a simple asymptotic formula. In order to investigate the nonlinear motion characteristics of the riser subject to nonlinear viscous drag and large displacement, the forced oscillation tests both in air and water were performed. In the forced oscillation tests in air, it was found that the transverse motion due to geometrical nonlinearity grows when the amplitude of in-line oscillation exceeds a certain critical value, say, order of 1-2 diameters. The planar motions of the riser in water due to vortex shedding and the geometrical nonlinearity were described. Some of these results were also compared with those of theoretical analysis, which uses a numerical perturbation technique based on the derived linear asymptotic solutions, and found to be generally in good agreement.
Cismasiu, Corneliu;Ramos, Antonio Pinho;Moldovan, Ionut D.;Ferreira, Diogo F.;Filho, Jorge B.
Computers and Concrete
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v.19
no.4
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pp.365-374
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2017
With the continuous evolution of the numerical methods and the availability of advanced constitutive models, it became a common practice to use complex physical and geometrical nonlinear numerical analyses to estimate the structural behavior of reinforced concrete elements. Such simulations may yield the complete time history of the structural behavior, from the first moment the load is applied until the total collapse of the structure. However, the evolution of the cracking pattern in geometrical discontinuous zones of reinforced concrete elements and the associated failure modes are relatively complex phenomena and their numerical simulation is considerably challenging. The objective of the present paper is to assess the applicability of the Applied Element Method in simulating the development of distinct failure modes in reinforced concrete walls subjected to monotonic loading obtained in experimental tests. A pushover test was simulated numerically on three distinct RC shear walls, all presenting an opening that guarantee a geometrical discontinuity zone and, consequently, a relatively complex cracking pattern. The presence of different reinforcement solutions in each wall enables the assessment of the reliability of the computational model for distinct failure modes. Comparison with available experimental tests allows concluding on the advantages and the limitations of the Applied Element Method when used to estimate the behavior of reinforced concrete elements subjected to monotonic loading.
Muhammad, Ahmed K.;Hamad, Luay Badr;Fenjan, Raad M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.8
no.3
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pp.237-257
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2019
The present article researches large-amplitude thermal free vibration characteristics of nonlocal two-phase piezo-magnetic nano-size beams having geometric imperfections by considering piezoelectric reinforcement scheme. The piezoelectric reinforcement can cause an enhanced vibration behavior of smart nanobeams under magnetic field. All previous studies on vibrations of piezoelectric-magnetic nano-size beams ignore the influences of geometric imperfections which are crucial since a nanobeam is not always ideal or perfect. Nonlinear governing equations of a smart nanobeam are derived based on classical beam theory and an analytical trend is provided to obtain nonlinear vibration frequency. This research shows that changing the volume fraction of piezoelectric phase 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 is dependent on the magnitude of exerted electric voltage, magnetic imperfection amplitude and substrate constants.
Ebrahimi, Farzad;Hosseini, S. Hamed S.;Selvamani, Rajendran
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.5
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pp.565-584
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2020
The nonlinear thermo-electro-elastic buckling behavior of viscoelastic nanoplates under magnetic field is investigated based on nonlocal elasticity theory. Employing nonlinear strain-displacement relations, the geometrical nonlinearity is modeled while governing equations are derived through Hamilton's principle and they are solved applying semi-analytical generalized differential quadrature (GDQ) method. Eringen's nonlocal elasticity theory considers the effect of small size, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nano-sensors and nano actuators. Based on Kelvin-Voigt model, the influence of the viscoelastic coefficient is also discussed. It is demonstrated that the GDQ method has high precision and computational efficiency in the buckling analysis of viscoelastic nanoplates. The good agreement between the results of this article and those available in literature validated the presented approach. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as electric voltage, small scale effects, elastomeric medium, magnetic field, temperature effects, the viscidity and aspect ratio of the nanoplate on its nonlinear buckling characteristics. It is explicitly shown that the thermo-electro-elastic nonlinear buckling behavior of viscoelastic nanoplates is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of viscoelastic nanoplates as fundamental elements in nanoelectromechanical systems.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.6
no.1
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pp.38-43
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2003
This paper presents the results of a post-tensioning test and analysis of a pyramidal unit structure that is basic element for space structures. The behavior characteristics was analyzed and compared with the numerical analysis and the mechanism in test model was confirmed with geometrical analysis. The results of this paper show that the behaviors of space structures can be predicted in multi-directional Mero joint system. And the authors suggest the possibility of erection and shaping formation with comparatively small post-tensioning, and space structure with the mechanism should consider the nonlinear behavior due to large deformation.
Numerical studies were carried out to investigate long-term behavior of flat plates, subjected to combined in-plane compressive and transverse loads. For the numerical studies, a computer program of nonlinear finite element analysis was developed. It can address creep and shrinkage as weel as geometrical and material nonlinearity, and also it can address various load combinations and loading sequences of transverse load, in-plane compressive load and time. This numerical method was verified by comparison with the existing experiments. Parametric studies were performed to investigate the strength variations of flat plates with four parameters; 1) loading sequence of floor load, compressive load and time 2) uniaxial and biaxial compression 3) the ratio of dead to live load 4) span length. Through the numerical studies, the behavioral characteristics of the flat plates and the governing load combinations were examined. These results will be used to develop a design procedure for the long-term behavior of flat plates in the future.
Journal of The Korean Digital Architecture Interior Association
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v.3
no.2
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pp.47-54
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2003
A Steel plate shear wall can be used as one of the lateral force resistant elements in buildings. It have many advantages from a structural point of view such as ductility, energy absorption capacity and initial stiffness etc. In this study to grasp the behavior of steel plate shear wall considering material and geometrical non-linearity, the FEM analyses were carried out using ANSYS(ver. 5.6) program. The analysis results were fully discussed and compared with test results to verify the validity of analysis method. The object of this study is to find out analytically the elasto-plastic behavior of un-stiffened steel plate shear wall.
Rezaiee-Pajand, M.;Ghalishooyan, M.;Salehi-Ahmadabad, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.6
/
pp.849-878
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2013
This paper consists of two parts, which broadly examines solution techniques abilities for the structures with geometrical nonlinear behavior. In part I of the article, formulations of several well-known approaches will be presented. These solution strategies include different groups, such as: residual load minimization, normal plane, updated normal plane, cylindrical arc length, work control, residual displacement minimization, generalized displacement control, modified normal flow, and three-parameter ellipsoidal, hyperbolic, and polynomial schemes. For better understanding and easier application of the solution techniques, a consistent mathematical notation is employed in all formulations for correction and predictor steps. Moreover, other features of these approaches and their algorithms will be investigated. Common methods of determining the amount and sign of load factor increment in the predictor step and choosing the correct root in predictor and corrector step will be reviewed. The way that these features are determined is very important for tracing of the structural equilibrium path. In the second part of article, robustness and efficiency of the solution schemes will be comprehensively evaluated by performing numerical analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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