This paper uses a new type of deformation theory to establish the free vibration and static buckling equations of nanoplates resting on two-parameter elastic foundations, in which the flexoelectric effect is taken into account. The proposed approach used in this work is not only simpler than other higher-order shear deformation theories but also does not need any shear correction coefficients to describe exactly the mechanical responses of structures. The reliability of the theory is verified by comparing the numerical results of this work with those of analytical solutions. The results show that the flexoelectric effect significantly changes the natural frequency and the critical buckling load of the nanoplate compared with the case of neglecting this effect, especially when the plate thickness changes and with some different boundary conditions. These are new results that have not been mentioned in any publications but are meaningful in engineering practice.
In the current examination, a trigonometric shear deformation theory is hired to govern natural frequencies of a functionally graded porous microplate which is covered by two nanocomposite layers. The properties of the structure are varied based on the specified patterns. Utilizing the modified form of couple stress theory for taking the scale effect into account in conjunction with Hamilton's principle, the motion equations are obtained. Then, they are solved via Fourier series functions as an analytical approach. After confirming the results' accuracy, various parameters' effect on the results is investigated. Designing and manufacturing more efficient structures, especially those that are subjected to multi-physical loads can be accounted as findings of this work.
This study presents buckling analysis of a simply supported sandwich plate with functionally graded porous layers. In the kinematic relation of the plate, a hyperbolic shear displacement model is used. The governing equations of the problem are derived by using the principle of virtual work. In the solution of the governing equations, the Navier procedure is implemented. In the porosity effect, four different porosity types are used for functionally graded sandwich layers. In the numerical examples, the effects of the porosity parameters, porosity types and geometry parameters on the critical buckling of the functionally graded sandwich plates are investigated.
This study deals with dynamic model of composite sandwich panels with functionally graded flexible cores under low velocity impacts of multiple large or small masses using a new improved higher order sandwich panel theory (IHSAPT). In-plane stresses were considered for the functionally graded core and face sheets. The formulation was based on the first order shear deformation theory for the composite face sheets and polynomial description of the displacement fields in the core that was based on the second Frostig's model. Fully dynamic effects of the functionally graded core and face-sheets were considered in this study. Impacts were assumed to occur simultaneously and normally over the top and/or bottom of the face-sheets with arbitrary different masses and initial velocities. The contact forces between the panel and impactors were treated as internal forces of the system. Nonlinear contact stiffness was linearized with a newly presented improved analytical method in this paper. The results were validated by comparing the analytical, numerical and experimental results published in the latest literature.
In this paper, an efficient shear deformation theory is developed for wave propagation analysis in a functionally graded beam. More particularly, porosities that may occur in Functionally Graded Materials (FGMs) during their manufacture are considered. The proposed shear deformation theory is efficient method because it permits us to show the effect of both bending and shear components and this is carried out by dividing the transverse displacement into the bending and shear parts. Material properties are assumed graded in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents; but the rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the functionally graded beams with porosity phases. The governing equations of the wave propagation in the functionally graded beam are derived by employing the Hamilton's principle. The analytical dispersion relation of the functionally graded beam is obtained by solving an eigenvalue problem. The effects of the volume fraction distributions, the depth of beam, the number of wave and the porosity on wave propagation in functionally graded beam are discussed in details. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the wave propagation characteristics in the functionally graded beam.
Eyvazian, Arameh;Zhang, Chunwei;Musharavati, Farayi;Khan, Afrasyab;Mohamed, Abdeliazim Mustafa
Advances in nano research
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v.10
no.3
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pp.271-280
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2021
The present work deals with an investigation on longitudinal wave propagation in nanobeams made of graphene sheets, for the first time. The nanobeam is modelled via a higher-order shear deformation theory accounts for both higher-order and thickness stretching terms. The general nonlocal strain gradient theory including nonlocality and strain gradient characteristics of size-dependency in order is used to examine the small-scale effects. This model has three-small scale coefficients in which two of them are for nonlocality and one of them applied for gradient effects. Hamilton supposition is applied to obtain the governing motion equation which is solved using a harmonic solution procedure. It is indicated that the longitudinal wave characteristics of the nanobeams are significantly influenced by the nonlocal parameters and strain gradient parameter. It is shown that higher nonlocal parameter is more efficient than lower nonlocal parameter to change longitudinal phase velocities, while the strain gradient parameter is the determining factor for their efficiency on the results.
Parametric resonance of shear deformable composite skew plates subjected to non-uniform (parabolic) and linearly varying periodic edge loading is studied for different boundary conditions. The skew plate structural model is based on higher order shear deformation theory (HSDT), which accurately predicts the numerical results for thick skew plate. The total energy functional is derived for the skew plates from total potential energy and kinetic energy of the plate. The strain energy which is the part of total potential energy contains membrane energy, bending energy, additional bending energy due to additional change in curvature and shear energy due to shear deformation, respectively. The total energy functional is solved using Rayleigh-Ritz method in conjunction with boundary characteristics orthonormal polynomials (BCOPs) functions. The orthonormal polynomials are generated for unit square domain using Gram-Schmidt orthogonalization process. Bolotin method is followed to obtain the boundaries of parametric resonance region with higher order approximation. These boundaries are traced by the periodic solution of Mathieu-Hill equations with period T and 2T. Effect of various parameters like skew angle, span-to-thickness ratio, aspect ratio, boundary conditions, static load factor on parametric resonance of skew plate have been investigated. The investigation also includes influence of different types of linearly varying loading and parabolically varying bi-axial loading.
Mohammed, Chatbi;Baghdad, Krour;Mohamed A., Benatta;Zouaoui R., Harrat;Sofiane, Amziane;Mohamed Bachir, Bouiadjra
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.5
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pp.685-697
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2022
Nanotechnology has become one of the interesting technique used in material science and engineering. However, it is low used in civil engineering structures. The purpose of the present study is to investigate the static behavior of concrete plates reinforced with silica-nanoparticles. Due to agglomeration effect of silica-nanoparticles in concrete, Voigt's model is used for obtaining the equivalent nano-composite properties. Furthermore, the plate is simulated mathematically with higher order shear deformation theory. For a large use of this study, the concrete plate is assumed resting on a Pasternak elastic foundation, including a shear layer, and Winkler spring interconnected with a Kerr foundation. Using the principle of virtual work, the equilibrium equations are derived and by the mean of Hamilton's principle the energy equations are obtained. Finally, based on Navier's technique, closed-form solutions of simply supported plates have been obtained. Numerical results are presented considering the effect of different parameters such as volume percent of SiO2 nanoparticles, mechanical loads, geometrical parameters, soil medium, on the static behavior of the plate. The most findings of this work indicate that the use of an optimum amount of SiO2 nanoparticles on concretes increases better mechanical behavior. In addition, the elastic foundation has a significant impact on the bending of concrete slabs.
Mehmet Bugra Ozbey;Yavuz Cetin Cuma;Ibrahim Ozgur Deneme;Faruk Firat Calim
Advances in nano research
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v.16
no.4
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pp.413-426
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2024
This paper investigates the dynamic behavior of a simply supported viscoelastic plate made of functionally graded carbon nanotube reinforced composite under dynamic loading. Carbon nanotubes are distributed in 5 different shapes: U, V, A, O and X, depending on the shape they form through the thickness of the plate. The displacement fields are derived in the Laplace domain using a higher-order shear deformation theory. Equations of motion are obtained through the application of the energy method and Hamilton's principle. The resulting equations of motion are solved using Navier's method. Transforming the Laplace domain displacements into the time domain involves Durbin's modified inverse Laplace transform. To validate the accuracy of the developed algorithm, a free vibration analysis is conducted for simply supported plate made of functionally graded carbon nanotube reinforced composite and compared against existing literature. Subsequently, a parametric forced vibration analysis considers the influence of various parameters: volume fractions of carbon nanotubes, their distributions, and ratios of instantaneous value to retardation time in the relaxation function, using a linear standard viscoelastic model. In the forced vibration analysis, the dynamic distributed load applied to functionally graded carbon nanotube reinforced composite viscoelastic plate is obtained in terms of double trigonometric series. The study culminates in an examination of maximum displacement, exploring the effects of different carbon nanotube distributions, volume fractions, and ratios of instantaneous value to retardation times in the relaxation function on the amplitudes of maximum displacements.
Ali Alnujaie;Ahmed A. Daikh;Mofareh H. Ghazwani;Amr E. Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.181-195
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2024
This study introduces a novel functionally graded material model, termed the "Coated Functionally Graded Graphene-Reinforced Composite (FG GRC)" model, for investigating the free vibration response of plates, highlighting its potential to advance the understanding and application of material property variations in structural engineering. Two types of coated FG GRC plates are examined: Hardcore and Softcore, and five distribution patterns are proposed, namely FG-A, FG-B, FG-C, FG-D, and FG-E. A modified displacement field is proposed based on the higher-order shear deformation theory, effectively reducing the number of variables from five to four while accurately accounting for shear deformation effects. To solve the equations of motion, an analytical solution based on the Galerkin approach was developed for FG GRC plates resting on a viscoelastic Winkler/Pasternak foundation, applicable to various boundary conditions. A comprehensive parametric analysis elucidates the impact of multiple factors on the fundamental frequencies. These factors encompass the types and distribution patterns of the coated FG GRC plates, gradient material distribution, porosities, nonlocal length scale parameter, gradient material scale parameter, nanoplate geometry, and variations in the elastic foundation. Our theoretical research aims to overcome the inherent challenges in modeling structures, providing a robust alternative to experimental analyses of the mechanical behavior of complex structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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