Studying the dynamic behavior of axially moving cylindrical shells in hygro-thermal environments has important theoretical and engineering value for aircraft design. Therefore, in this paper, considering hygro-thermal effect, the nonlinear forced vibration of an axially moving cylindrical shell made of functionally graded materials (FGM) is studied. It is assumed that the material properties vary continuously along the thickness and contain pores. The Donnell thin shell theory is used to derive the motion equations of FGM cylindrical shells with hygro-thermal loads. Under the four sides clamped (CCCC) boundary conditions, the Gallekin method and multi-scale method are used for nonlinear analysis. The effects of power law index, porosity coefficient, temperature rise, moisture concentration, axial velocity, prestress, damping and external excitation amplitude on nonlinear forced vibration are explored through parametric research. It can be found that, the changes in temperature and humidity have a significant effect. Increasing in temperature and humidity will cause the resonance position to shift to the left and increase the resonance amplitude.
This paper intends to analyze the nonlinear forced vibrations of functionally graded material (FGM) beams with initial geometrical defects in hygro-thermal ambiences. For this purpose, we assume that the correlation properties of the material alter along the thickness direction in succession and the surface of the beam is subjected to humid and thermal loads. Based on the Euler Bernoulli beam theory and geometrical non-linearity, we use the Hamiltonian principle to formulate a theoretical model with consideration of the hygrothermal effects. Galerkin's technique has been proposed for the control equations of discrete systems. The non-linear primary resonances are acquired by applying the modified Lindstedt-Poincare method (MLP). Verify the reliability of the data obtained through comparison with literature. The non-linear resonance response is reflected by amplitude-frequency response curves. The numerical results indicate that the resonances of FGM beams include three non-linear characteristics, namely hard springs, soft springs and soft-hard spring types. The response modalities of the structure may transform between those non-linear characteristics when material properties, spring coefficients, geometric defect values, temperature-humidity loads and even the external stimulus generate variations.
According to a generalized nonlocal strain gradient theory (NSGT), dynamic modeling and free vibrational analysis of nanoporous inhomogeneous nanoplates is presented. The present model incorporates two scale coefficients to examine vibration behavior of nanoplates much accurately. Porosity-dependent material properties of the nanoplate are defined via a modified power-law function. The nanoplate is resting on a viscoelastic substrate and is subjected to hygro-thermal environment and in-plane linearly varying mechanical loads. The governing equations and related classical and non-classical boundary conditions are derived based on Hamilton's principle. These equations are solved for hinged nanoplates via Galerkin's method. Obtained results show the importance of hygro-thermal loading, viscoelastic medium, in-plane bending load, gradient index, nonlocal parameter, strain gradient parameter and porosities on vibrational characteristics of size-dependent FG nanoplates.
This study attempts to investigate the impact of thickness stretching and nonlinear hygro-thermo-mechanical loading on the bending behavior of FG beams. Young's modulus, thermal expansion, and moisture concentration coefficients vary gradually and continuously according to a power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituent materials. In addition, the interaction between the thermal, mechanical, and moisture loads is involved in the governing equilibrium equations. Using the present developed analytical model and Navier's solution technique, the numerical results of non-dimensional stresses and displacements are compared with those obtained by other 3D theories. Furthermore, the present analytical model is appropriate for investigating the static bending of FG beams exposed to intense hygro-thermo-mechanical loading used for special technical applications in aerospace, automobile, and civil engineering constructions.
In this paper the hygro-thermo-mechanical vibration and buckling behavior of embedded FG nano-plates are investigated. The Eringen's and Gurtin-Murdoch theories are applied to study the small scale and surface effects on frequencies and critical buckling loads. The effective material properties are modeled using Mori-Tanaka homogenization scheme. On the base of RPT and HSDPT plate theories, the Hamilton's principle is employed to derive governing equations. Using iterative and GDQ methods the governing equations are solved and the influence of different parameters on natural frequencies and critical buckling loads are studied.
Shariati, Ali;Ebrahimi, Farzad;Karimiasl, Mahsa;Vinyas, M.;Toghroli, Ali
Advances in nano research
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제8권1호
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pp.49-58
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2020
This paper investigates the vibration characteristics of flexoelectric nanobeams resting on viscoelastic foundation and subjected to magneto-electro-viscoelastic-hygro-thermal (MEVHT) loading. In this regard, the Nonlocal strain gradient elasticity theory (NSGET) is employed. The proposed formulation accommodates the nonlocal stress and strain gradient parameter along with the flexoelectric coefficient to accurately predict the frequencies. Further, with the aid of Hamilton's principle the governing differential equations are derived which are then solved through Galerkin-based approach. The variation of the natural frequency of MEVHT nanobeams under the influence of various parameters such as the nonlocal strain gradient parameter, different field loads, power-law exponent and slenderness ratio are also investigated.
This paper presents a novel finite element model for the free vibration analysis of variable-thickness functionally graded porous (FGP) microplates resting on Pasternak's medium in the hygro-thermal environment. The governing equations are established according to refined higher-order shear deformation plate theory (RPT) in construction with the modified couple stress theory. For the first time, three-node triangular elements with twelve degrees of freedom for each node are developed based on Hermitian interpolation functions to describe the in-plane displacements and transverse displacements of microplates. Two laws of variable thickness of FGP microplates, including the linear law and the nonlinear law in the x-direction are investigated. Effects of thermal and moisture changes on microplates are assumed to vary continuously from the bottom surface to the top surface and only cause tension loads in the plane, which does not change the material's mechanical properties. The numerical results of this work are compared with those of published data to verify the accuracy and reliability of the proposed method. In addition, the parameter study is conducted to explore the effects of geometrical and material properties such as the changing law of the thickness, length-scale parameter, and the parameters of the porosity, temperature, and humidity on the free vibration response of variable thickness FGP microplates. These results can be applied to design of microelectromechanical structures in practice.
The aims of this study is to realize the structural design for development of a medium scale E-glass/epoxy composite wind turbine blade for a 750KW class horizontal axis wind turbine system. In this study, the various load cases specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads such as aerodynamic and centrifugal loads, loads due to accumulation of ice, hygro-thermal and mechanical loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade were peformed using tile finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable blade structural configuration was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable in any various load cases Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design fond and the fatigue.
In this article the frequency response of magneto-flexo-electric rotary porous (MFERP) nanobeams subjected to thermal loads has been investigated through nonlocal strain gradient elasticity theory. A quasi-3D beam model beam theory is used for the expositions of the displacement components. With the aid of Hamilton's principle, the governing equations of MFERP nanobeams are obtained. Further, administrating an analytical solution the frequency problem of MFERP nanobeams are solved. In addition the numerical examples are also provided to evaluate the effect of nonlocal strain gradient parameter, hygro thermo environment, flexoelectric effect, in-plane magnet field, volume fraction of porosity and angular velocity on the dimensionless eigen frequency.
This research is devoted to study the effects of humidity and temperature on the bending behavior of functionally graded (FG) ceramic-metal porous plates resting on Pasternak elastic foundation using a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory developed recently. The present plate theory with only four unknowns, takes into account both transverse shear and normal deformations and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the functionally graded plate without using shear correction factors. Material properties of porous FG plate are defined by rule of the mixture with an additional term of porosity in the through-thickness direction. The governing differential equations are obtained using the "principle of virtual work". Analytically, the Navier method is used to solve the equations that govern a simply supported FG porous plate. The obtained results are checked by comparing the results determined for the perfect and imperfect FG plates with those available in the scientific literature. Effects due to material index, porosity factors, moisture and thermal loads, foundation rigidities, geometric ratios on the FG porous plate are all examined. Finally, this research will help us to design advanced functionally graded materials to ensure better durability and efficiency for hygro-thermal environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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