This work focuses on the behavior of non-local shear deformation beam theory for the vibration of functionally graded (FG) nanobeams with porosities that may occur inside the functionally graded materials (FG) during their fabrication, using the non-local differential constitutive relations of Eringen. For this purpose, the developed theory accounts for the higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the nanobeam. The material properties of the FG nanobeam are assumed to vary in the thickness direction. The equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions are presented for a simply supported FG nanobeam with porosities. The validity of this theory is verified by comparing some of the present results with other higher-order theories reported in the literature, the influence of material parameters, the volume fraction of porosity and the thickness ratio on the behavior mechanical P-FGM beam are represented by numerical examples.
This article is concerned with the free vibration problem for chiral double-walled carbon nanotube (DWCNTs) modelled using the non-local elasticity theory and Euler Bernoulli beam model. According to the governing equations of non-local Euler Bernoulli beam theory and the boundary conditions, the analytical solution is derived and two branches of transverse wave propagating are obtained. The numerical results obtained provide better representations of the vibration behaviour of double-walled carbon nanotube, where the aspect ratio of the (DWCNTs), the vibrational mode number, the small-scale coefficient and chirality of double-walled carbon nanotube on the frequency ratio (${\chi}^N$) of the (DWCNTs) are significant. In this work, the numerical results obtained can be used to predict and prevent the phenomenon of resonance for the forced vibration analyses of double -walled carbon nanotubes.
For the conventionally polished fused silica substrate, an around 100 nm depth redeposition polishing layer was formed on the top of surface. Polishing compounds, densely embedded in the redeposition polishing layer were the dominant factor that limited the laser induced damage threshold (LIDT) of transmission elements in nanosecond laser systems. Chemical etching, super-precise polishing and ion beam etching were employed in different ways to eliminate these absorbers from the substrate. After that, Antireflection (AR) coatings were deposited on these substrates in the same batch and then tested by 1064 nm nano-pulse laser. It was found that among these techniques only the ion beam etching method, which can effectively remove the polishing compound and did not induce extra absorbers during the disposal process, can successfully improve the LIDT of AR coatings.
In typical spectroscopic ellipsometry, the optical and geometrical properties of thin film and nano pattern can be obtained by measuring the polarization state of light reflected/transmitted from the object by rotating a analyzer or a compensator. We proposed a snapshot spectroscopic ellipsometric system based on a modified Michelson interferometer to overcome the time-consuring measurement principle due to rotating part. The proposed system provides spectral ellipsometric parameters (psi, delta) in real time by using a single spectral interference signal generated in the interferometric polarization module. However, it has a long-term stability problem resulting in delta(k) drift. In this paper, it is experimentally proved that the drift problem is caused by anisotropic refractive index change of the beam intersection layer in beam splitter of interferometer.
In the present investigation, thermal buckling and free vibration characteristics of functionally graded (FG) Timoshenko nanobeams subjected to nonlinear thermal loading are carried out by presenting a Navier type solution. The thermal load is assumed to be nonlinear distribution through the thickness of FG nanobeam. Thermo-mechanical properties of FG nanobeam are supposed to vary smoothly and continuously throughout the thickness based on power-law model and the material properties are assumed to be temperature-dependent. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanobeam. Using Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion together with corresponding boundary conditions based on Timoshenko beam theory are obtained for the thermal buckling and vibration analysis of graded nanobeams including size effect. Moreover, in following a parametric study is accompanied to examine the effects of the several parameters such as nonlocal parameter, thermal effect, power law index and aspect ratio on the critical buckling temperatures and natural frequencies of the size-dependent FG nanobeams in detail. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared some cases in the literature. Also, it is found that the small scale effects and nonlinear thermal loading have a significant effect on thermal stability and vibration characteristics of FG nanobeams.
The existence of active material in the environment causes the small-scale systems to be sensitive to the actual environment. Carbon dioxide is one of the active materials that exists a lot in the air conditions of the living environment. However, in some applications, the carbon dioxide-coated is used to improve the performance of systems against the destructive factors such as the corrosion; nevertheless, in the current research, the stability analysis of a carbon dioxide capture mechanism-coated beam is investigated according to the mathematical simulation of a rectangular composite beam utilizing the modified couple stress theory. The composite mechanism of carbon dioxide trapping is made of a polyacrylonitrile substrate that supports a cross-link polydimethylsiloxane gutter layer as the carbon dioxide mechanism trapping. Three novel types of carbon dioxide trapping mechanism involving methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and three pedant methacrylates are considered, which were introduced by Fu et al. (2016). Finally, according to introducing the methodology of carbon dioxide (CO2) trapping, the impact of various effective parameters on the stability of composite beams will be analyzed in detail.
Arani, Ali Ghorbanpour;Navi, Borhan Rousta;Mohammadimehr, Mehdi
Steel and Composite Structures
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v.41
no.6
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pp.805-820
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2021
In this research, the buckling and free vibration of three-phase carbon nanotubes/ fiber/ polymer piezoelectric nanocomposite face sheet sandwich microbeam with microsensor and micro-actuator surrounded in elastic foundation based on modified couple stress theory (MCST) is investigated. Three types of porous materials are considered for sandwich core. Higher order (Reddy) and sinusoidal shear deformation beam theories are employed for the displacement fields. Sinusoidal surface stress effects are extracted for sinusoidal shear deformation beam theory. The equations of motion are derived by Hamilton's principle and then the natural frequency and critical buckling load are obtained by Navier's type solution. The determined results are in good agreement with other literatures. The detailed numerical investigation for various parameters is performed for this microsensor-microactuator. The results reveal that the microsensor-microactuator enhanced by increasing of Skempton coefficient, carbon nanotubes diameter length to thickness ratio, small scale factor, elastic foundation, surface stress constants and reduction in porous coefficient, micro-actuator voltage and CNT weight fraction. The valuable results can be expedient for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
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.
Arjun Siddharth Mangalasseri;Vinyas Mahesh;Sriram Mukunda;Vishwas Mahesh;Sathiskumar A Ponnusami;Dineshkumar Harursampath;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.14
no.1
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pp.27-43
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2023
This article investigates the energy harvesting characteristics of a magneto-electro-elastic (MEE) cantilever beam reinforced with carbon nanotubes (CNT) under transverse vibration. To this end, the well-known lumped parameter model is used to represent the coupled multiphysics problem mathematically. The proposed system consists of the MEE-CNT layer on top and an inactive substrate layer at the bottom. The substrate is considered to be made of either an isotropic or composite material. Basic laws such as Gauss's Law, Newton's Law and Faraday's Law are used to arrive at the governing equations. Surface electrodes across the beam are used to harvest the electric potential produced, together with a wound coil, for the generated magnetic potential. The influence of various distributions of the CNT and its volume fraction, substrate material, length-to-thickness ratio, and thickness ratio of substrate to MEE layer on the energy harvesting behaviour is thoroughly discussed. Further, the effect of external resistances and changes in substrate material on the response is analysed and reported. The article aims to explore smart material-based energy harvesting systems, focusing on their behaviour when reinforced with carbon nanotubes. The results of this study may lead to an improved understanding of the design and analysis of CNT-based smart structures.
This article focuses on the study of the buckling behavior of two-dimensional functionally graded (2D-FG) nanosize tubes, including porosity, based on the first shear deformation and higher-order theory of the tube. The nano-scale tube is simulated using the nonlocal gradient strain theory, and the general equations and boundary conditions are derived using Hamilton's principle for the Zhang-Fu's tube model (as a higher-order theory) and Timoshenko beam theory. Finally, the derived equations are solved using a numerical method for both simply-supported and clamped boundary conditions. A parametric study is performed to investigate the effects of different parameters, such as axial and radial FG power indices, porosity parameter, and nonlocal gradient strain parameters, on the buckling behavior of the bi-dimensional functionally graded porous tube. Keywords: Nonlocal strain gradient theory; buckling; Zhang-Fu's tube model; Timoshenko theory; Two-dimensional functionally graded materials; Nanotubes; Higher-order theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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