Flexural bending analysis of perfect and imperfect functionally graded materials plates under hygro-thermo-mechanical loading are investigated in this present paper. Due to technical problems during FGM fabrication, porosities and micro-voids can be created inside FGM samples which may lead to the reduction in density and strength of materials. In this investigation, the FGM plates are assumed to have even and uneven distributions of porosities over the plate cross-section. The modified rule of mixture is used to approximate material properties of the FGM plates including the porosity volume fraction. In order the elastic coefficients, thermal coefficient and moisture expansion coefficient of the plate are assumed to be graded in the thickness direction. The elastic foundation is modeled as two-parameter Pasternak foundation. The equilibrium equations are given and a number of examples are solved to illustrate bending response of Metal-Ceramic plates subjected to hygro-thermo-mechanical effects and resting on elastic foundations. The influences played by many parameters are investigated.
This article deals with the buckling analysis in the plates containing carbon nanotubes (CNTs) subject to axial load. In order to control the plate smartly, a piezoelectric layer covered the plate. The plate is located in elastic medium which is modeled by spring elements. The Mori-Tanaka low is utilized for calculating the equivalent mechanical characteristics of the plate. The structure is modeled by a thick plate and the governing equations are deduced using Hamilton's principle under the assumption of higher-order shear deformation theory (HSDT). The Navier method is applied to obtain the bulking load. The effects of the applied voltage to the smart layer, agglomeration and volume percent of CNT nanoparticles, geometrical parameters and elastic medium of the structure are assessed on the buckling response. It has been demonstrated that by applying a negative voltage, the buckling load is increased significantly.
The present study is concerned with the stochastic linear free vibration study of laminated composite plate embedded with piezoelectric layers with random material properties. The system equations are derived using higher order shear deformation theory. The lamina material properties of the laminate are modeled as basic random variables for accurate prediction of the system behavior. A $C^0$ finite element is used for spatial descretization of the laminate. First order Taylor series based mean centered perturbation technique in conjunction with finite element method is outlined for the problem. The outlined probabilistic approach is used to obtain typical numerical results, i.e., the mean and standard deviation of natural frequency. Different combinations of simply supported, clamped and free boundary conditions are considered. The effect of side to thickness ratio, aspect ratio, lamination scheme on scattering of natural frequency is studied. The results are compared with those available in literature and an independent Monte Carlo simulation.
In this paper, a finite element (FE) simulation has been developed in order to examine the nonlinear stability of reinforced sandwich beams with graphene oxide powders (GOPs). In this regard, the nonlinear stability curves have been obtained asuming that the beam is under compressive loads leading to its buckling. The beam is considered to be a three-layered sandwich beam with metal core and GOP reinforced face sheets and it is rested on elastic substrate. Moreover, a higher-order refined beam theory has been considered to formulate the sandwich beam by employing the geometrically perfect and imperfect beam configurations. In the solving procedure, the utalized finite element simulation contains a novel beam element in which shear deformation has been included. The calculated stability curves of GOP-reinforced sandwich beams are shown to be dependent on different parameters such as GOP amount, face sheet thickness, geometrical imperfection and also center deflection.
In this paper, dynamic buckling of truncated conical shell made of carbon nanotubes (CNTs) composite is studied. In aerospace industries, this category of structures is utilized extensively due to wide range of engineering applications. To calculate the effective material properties of the nanocomposite, The Mori-Tanaka model is applied. Also, the motion equations are derived with the assistance of the first order shear deformation theory (FSDT), Hamilton's principle and energy method. Besides, In order to solve motion equations and analyze dynamic instability region (DIR) of the structure, mixed model of differential quadrature method (DQM) and Bolotin's method is used. Moreover, investigation of the different parameters effects such as geometrical parameters and volume fraction of CNTs on the analysis of the DIR of the structure is done. In accordance with the obtained results, the DIR will occur at higher frequencies by increasing the volume fraction of CNTs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.1
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pp.29-37
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2007
This study deals with displacement analysis of anisotropic folded structures with triangular elements and quadrilateral elements. When folded plates are analyzed, triangular elements as well as quadrilateral elements are needed for conveniences of modelling. However, using triangular elements is not a simple problem. A simple formulation is presented which allows a quadrilateral element to degenerate into a triangular element. Therefore it can easily be used for computational simplicity and avoided complexities on mixed use of triangular element and quadrilateral element. In this paper, a high-order shear deformation theory using only Lagrangian interpolation functions and drilling degrees of freedom for folded plates are utilized for more accurate analysis. Especially, various results of anisotropic laminated and folded composite structures with triangular element and quadrilateral element show the structural behavior characteristics of them.
This work focused on the novel numerical tool for the bending responses of carbon nanotube reinforced composites (CNTRC) beams. The higher order shear deformation beam theory (HSDT) is used to determine strain-displacement relationships. A new exponential function was introduced into the carbon nanotube (CNT) volume fraction equation to show the effect of the CNT distribution on the CNTRC beams through displacements and stresses. To determine the mechanical properties of CNTRCs, the rule of the mixture was employed by assuming that the single-walled carbon nanotubes (SWCNTs)are aligned and distributed in the matrix. The governing equations were derived by Hamilton's principle, and the mathematical models presented in this work are numerically provided to verify the accuracy of the present theory. The effects of aspect ratio (l/d), CNT volume fraction (Vcnt), and the order of exponent (n) on the displacement and stresses are presented and discussed in detail. Based on the analytical results. It turns out that the increase of the exponent degree (n) makes the X-beam stiffer and the exponential CNTs distribution plays an indispensable role to improve the mechanical properties of the CNTRC beams.
Esen, Ismail;Alazwari, Mashhour A.;Eltaher, Mohamed A;Abdelrahman, Alaa A.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.6
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pp.805-826
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2022
The free and live load-forced vibration behaviour of porous functionally graded (PFG) higher order nanobeams in the thermal and magnetic fields is investigated comprehensively through this work in the framework of nonlocal strain gradient theory (NLSGT). The porosity effects on the dynamic behaviour of FG nanobeams is investigated using four different porosity distribution models. These models are exploited; uniform, symmetrical, condensed upward, and condensed downward distributions. The material characteristics gradation in the thickness direction is estimated using the power-law. The magnetic field effect is incorporated using Maxwell's equations. The third order shear deformation beam theory is adopted to incorporate the shear deformation effect. The Hamilton principle is adopted to derive the coupled thermomagnetic dynamic equations of motion of the whole system and the associated boundary conditions. Navier method is used to derive the analytical solution of the governing equations. The developed methodology is verified and compared with the available results in the literature and good agreement is observed. Parametric studies are conducted to show effects of porosity parameter; porosity distribution, temperature rise, magnetic field intensity, material gradation index, non-classical parameters, and the applied moving load velocity on the vibration behavior of nanobeams. It has been showed that all the analyzed conditions have significant effects on the dynamic behavior of the nanobeams. Additionally, it has been observed that the negative effects of moving load, porosity and thermal load on the nanobeam dynamics can be reduced by the effect of the force induced from the directed magnetic field or can be kept within certain desired design limits by controlling the intensity of the magnetic field.
Mohammadimehr, Mehdi;Zarei, Hassan BabaAkbar;Parakandeh, Ali;Arani, Ali Ghorbanpour
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.3
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pp.361-379
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2017
In this article, the vibration behavior of double-bonded sandwich microplates with homogeneous core and nanocomposite facesheets reinforced by carbon nanotube and boron nitride nanotube under multi physical fields such as 2D magnetic and electric fields is investigated. Symmetric and un-symmetric distributions of nanotubes are considered for facesheets of sandwich microplates such as uniform distribution and various functionally graded distributions. The double-bonded sandwich microplates rest on visco-Pasternak foundation. Material properties of sandwich microplates are obtained by the extended rule of mixture. The sinusoidal shear deformation theory (SSDT) is employed to describe displacement fields of sandwich microplates. Also, the dimensionless natural frequency is obtained by classical plate theory (CPT) and compared with the obtained results by SSDT. It can be seen that the obtained dimensionless natural frequencies by CPT are higher than SSDT. In order to study the material length scale parameters, modified strain gradient theory at micro scale is utilized and then, the equations of motion are derived using Hamilton's principle. The effects of different parameters such as foundation parameters including Winkler, shear layer and damping coefficients, various distributions and volume fraction of nanotubes, core to facesheet thickness ratio, aspect and side ratios on the dimensionless natural frequencies are discussed in details. The results of present work can be used to optimum design and control of similar systems such as micro-electro-mechanical and nano-electro-mechanical devices.
Boukhlif, Zoulikha;Bouremana, Mohammed;Bourada, Fouad;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Bourada, Mohamed;Tounsi, Abdelouahed;Al-Osta, Mohammed A.
Steel and Composite Structures
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v.31
no.5
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pp.503-516
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2019
This work presents a dynamic investigation of functionally graded (FG) plates resting on elastic foundation using a simple quasi-3D higher shear deformation theory (quasi-3D HSDT) in which the stretching effect is considered. The culmination of this theory is that in addition to taking into account the effect of thickness extension (${\varepsilon}_z{\neq}0$), the kinematic is defined with only 4 unknowns, which is even lower than the first order shear deformation theory (FSDT). The elastic foundation is included in the formulation using the Pasternak mathematical model. The governing equations are deduced through the Hamilton's principle. These equations are then solved via closed-type solutions of the Navier type. The fundamental frequencies are predicted by solving the eigenvalue problem. The degree of accuracy of present solutions can be shown by comparing it to the 3D solution and other closed-form solutions available in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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