This study examines the wave propagation of the functionally graded polymer composite (FG-PC) nanoplates reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) resting on elastic foundations in the framework of the nonlocal strain gradient theory incorporating both stiffness hardening and softening mechanisms of nanostructures. To this end, the material properties are based on the Halpin-Tsai model, and the expressions for the classical and higher-order stresses and strains are consistently derived employing the second-order shear deformation theory. The equations of motion are then consistently derived using Hamilton's principle of variation. These governing equations are solved with the help of Trial function method. Extensive numerical discussions are conducted for wave propagation of the nanoplates and the influences of different parameters, such as the nonlocal parameter, strain gradient parameter, weight fraction of GNPs, uniform and non-uniform distributions of GNPs, elastic foundation parameters as well as wave number.
For the first time, longitudinal and transverse wave propagation of triclinic nanobeam is investigated via a size-dependent shear deformation theory including stretching effect. Furthermore, the influence of initial stress is studied. To consider the size-dependent effects, the nonlocal strain gradient theory is used in which two small scale parameters predict the behavior of wave propagation more accurately. The Hamiltonian principle is adopted to obtain the governing equations of wave motion, then an analytic technique is applied to solve the problem. It is demonstrated that the wave characteristics of the nanobeam rely on the wave number, nonlocal parameter, strain gradient parameter, initial stress, and elastic foundation. From this paper, it is concluded that the results of wave dispersion in isotropic and anisotropic nanobeams are almost the same in the presented case study. So, in this case, triclinic nanobeam can be approximated with isotropic model.
In this work, the thermal buckling characteristics of zigzag single-walled boron nitride (SWBNNT) embedded in a one-parameter elastic medium modeled as Winkler-type foundation are investigated using a nonlocal first-order shear deformation theory (NFSDT). This model can take into account the small scale effect as well as the transverse shear deformation effects of nanotubes. A closed-form solution for nondimensional critical buckling temperature is obtained in this investigation. Further the effect of nonlocal parameter, Winkler elastic foundation modulus, the ratio of the length to the diameter, the transverse shear deformation and rotary inertia on the critical buckling temperature are being investigated and discussed. The results presented in this paper can provide useful guidance for the study and design of the next generation of nanodevices that make use of the thermal buckling properties of boron nitride nanotubes.
Nanobeams are widely used as a structural element for nanodevices and nanomachines. The development of nano-sized machines depends on proper understanding of mechanical behavior of these nano-sized beam elements. Small length scales such as lattice spacing between atoms, surface properties, grain size etc. are need to be considered when applying any classical continuum model. In this study, Eringen's nonlocal elasticity theory is incorporated into classical beam model considering the effects of axial extension and the shear deformation to capture unique static behavior of the nanobeams under continuum mechanics theory. The governing differential equations are obtained for curved beams and solved exactly by using the initial value method. Circular uniform beam with concentrated loads are considered. The displacements, slopes and the stress resultants are obtained analytically. A detailed parametric study is conducted to examine the effect of the nonlocal parameter, mechanical loadings, opening angle, boundary conditions, and slenderness ratio on the static behavior of the nanobeam.
The following composition establishes a nonlocal strain gradient plate model that is essentially related to mass sensors laying on Winkler-Pasternak medium for the vibrational analysis from graphene sheets. To achieve a seemingly accurate study of graphene sheets, the posited theorem actually accommodates two parameters of scale in relation to the gradient of the strain as well as non-local results. Model graphene sheets are known to have double variant shear deformation plate theory without factors from shear correction. By using the principle of Hamilton, to acquire the governing equations of a non-local strain gradient graphene layer on an elastic substrate, Galerkin's method is therefore used to explicate the equations that govern various partition conditions. The influence of diverse factors like the magnetic field as well as the elastic foundation on graphene sheet's vibration characteristics, the number of nanoparticles, nonlocal parameter, nanoparticle mass as well as the length scale parameter had been evaluated.
Fortas, Lahcene;Messai, Abderraouf;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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제43권1호
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pp.31-54
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2022
This paper is concerned with the buckling behavior of functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite beams based on the finite element method (FEM) using two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element, and then the critical buckling load is calculated with different porosity distributions and GPL dispersion patterns. After a convergence and validation study to verify the accuracy of the present model, a comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of weight fraction, distribution pattern of GPL reinforcements on the Buckling behavior of the nanocomposite beam. The effects of various structural parameters such as the dispersion patterns for the graphene and porosity, thickness ratio, boundary conditions, and nonlocal and strain gradient parameters are brought out. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams, and the results allows to identify the most effective way to achieve improved buckling behavior of the porous nanocomposite beam.
In this paper, reaction of functionally graded (FG) thick nanoplates resting on a viscoelastic foundation to a moving nanoparticle/load is investigated. Nanoplate is assumed to be thick by using second order shear deformation theory and small-scale effects are taken into account in the framework of Eringen's nonlocal theory. Material properties are varied through the thickness using FG models by having power-law, sigmoid and exponential functions for material changes. FG nanoplate is assumed to be on a viscoelastic medium which is modeled using Kelvin-Voight viscoelastic model. Galerkin, state space and fourth-order Runge-Kutta methods are employed to solve the governing equations. A comprehensive parametric study is presetned to show the influence of different parameters on mechanical behavior of the system. It is shown that material variation in conjunction with nonlocal term have a significant effect on the dynamic deformation of nanoplate which could be used in comprehending and designing more efficient nanostructures. Moreover, it is shown that having a viscoelastic medium could play an important role in decreasing these dynamic deformations. With respect to the fresh studies on moving atoms, molecules, cells, nanocars, nanotrims and point loads on different nanosctructures using scanning tunneling microscopes (STM) and atomic force microscopes (AFM), this study could be a step forward in understanding, predicting and controlling such kind of behaviors by showing the influence of the moving path, velocity etc. on dynamic reaction of the plate.
In the present work, the buckling behavior of a single-layered graphene sheet (SLGS) embedded in visco-Pasternak's medium is studied using nonlocal four-unknown integral model. This model has a displacement field with integral terms which includes the effect of transverse shear deformation without using shear correction factors. The visco-Pasternak's medium is introduced by considering the damping effect to the classical foundation model which modeled by the linear Winkler's coefficient and Pasternak's (shear) foundation coefficient. The SLGS under consideration is subjected to compressive in- plane edge loads per unit length. The influences of many parameters such as nonlocal parameter, geometric ratio, the visco-Pasternak's coefficients, damping parameter, and mode numbers on the buckling response of the SLGSs are studied and discussed.
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.
Semmah, Abdelwahed;Beg, O. Anwar;Mahmoud, S.R.;Heireche, Houari;Tounsi, Abdelouahed
Advances in materials Research
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제3권2호
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pp.77-89
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2014
In the present article, the thermal buckling of zigzag single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is studied using a nonlocal refined shear deformation beam theory and Von-Karman geometric nonlinearity. The model developed simulates both small scale effects and higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the nanobeam. Furthermore the present formulation also accommodates stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the nanobeam. A shear correction factor, therefore, is not required. The equivalent Young's modulus and shear modulus for zigzag SWCNTs are derived using an energy-equivalent model. The present study illustrates that the thermal buckling properties of SWCNTs are strongly dependent on the scale effect and additionally on the chirality of zigzag carbon nanotube. Some illustrative examples are also presented to verify the present formulation and solutions. Good agreement is observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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