Ahmed Amine Daikh;Ahmed Drai;Mohamed Ouejdi Belarbi;Mohammed Sid Ahmed Houari;Benoumer Aour;Mohamed A. Eltaher;Norhan A. Mohamed
Advances in nano research
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v.16
no.3
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pp.289-301
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2024
In this work, an analytical model employing a new higher-order shear deformation beam theory is utilized to investigate the bending behavior of axially randomly oriented functionally graded carbon nanotubes reinforced composite nanobeams. A modified continuum nonlocal strain gradient theory is employed to incorporate both microstructural effects and geometric nano-scale length scales. The extended rule of mixture, along with molecular dynamics simulations, is used to assess the equivalent mechanical properties of functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) beams. Carbon nanotube reinforcements are randomly distributed axially along the length of the beam. The equilibrium equations, accompanied by nonclassical boundary conditions, are formulated, and Navier's procedure is used to solve the resulting differential equation, yielding the response of the nanobeam under various mechanical loadings, including uniform, linear, and sinusoidal loads. Numerical analysis is conducted to examine the influence of inhomogeneity parameters, geometric parameters, types of loading, as well as nonlocal and length scale parameters on the deflections and stresses of axially functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (AFG CNTRC) nanobeams. The results indicate that, in contrast to the nonlocal parameter, the beam stiffness is increased by both the CNTs volume fraction and the length-scale parameter. The presented model is applicable for designing and analyzing microelectromechanical systems (MEMS) and nanoelectromechanical systems (NEMS) constructed from carbon nanotubes reinforced composite nanobeams.
Ahmed Drai;Ahmed Amine Daikh;Mohamed Oujedi Belarbi;Mohammed Sid Ahmed Houari;Benoumer Aour;Amin Hamdi;Mohamed A. Eltaher
Advances in nano research
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v.14
no.3
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pp.211-224
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2023
This work presents a modified analytical model for the bending behavior of axially functionally graded (AFG) carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) nanobeams. New higher order shear deformation beam theory is exploited to satisfy parabolic variation of shear through thickness direction and zero shears at the bottom and top surfaces.A Modified continuum nonlocal strain gradient theoryis employed to include the microstructure and the geometrical nano-size length scales. The extended rule of the mixture and the molecular dynamics simulations are exploited to evaluate the equivalent mechanical properties of FG-CNTRC beams. Carbon nanotubes reinforcements are distributed axially through the beam length direction with a new power graded function with two parameters. The equilibrium equations are derived with associated nonclassical boundary conditions, and Navier's procedure are used to solve the obtained differential equation and get the response of nanobeam under uniform, linear, or sinusoidal mechanical loadings. Numerical results are carried out to investigate the impact of inhomogeneity parameters, geometrical parameters, loadings type, nonlocal and length scale parameters on deflections and stresses of the AFG CNTRC nanobeams. The proposed model can be used in the design and analysis of MEMS and NEMS systems fabricated from carbon nanotubes reinforced composite nanobeam.
The present paper explores nonlinear dynamical properties of piezo-magnetic beams based on a nonlocal refined higher-order beam formulation and piezoelectric phase effect. The piezoelectric phase increment may lead to improved vibrational behaviors for the smart beams subjected to magnetic fields and external harmonic excitation. Nonlinear governing equations of a nonlocal intelligent beam have been achieved based upon the refined beam model and a numerical provided has been introduced to calculate nonlinear vibrational curves. The present study indicates that variation in the volume fraction of piezoelectric ingredient has a substantial impact on vibrational behaviors of intelligent nanobeam under electrical and magnetic fields. Also, it can be seen that nonlinear free/forced vibrational behaviors of intelligent nanobeam have dependency on the magnitudes of induced electrical voltages, magnetic potential, stiffening elastic substrate and shear deformation.
The nonlocal elasticity as well as Mindlin's first-order shear deformation plate theory are proposed to investigate thermal vibrational of a nanoplate placing on a three-factor foundation. The Winkler-Pasternak elastic foundation is connected with the viscous damping to obtain the present three-parameter viscoelastic model. Differential equations of motion are derived and resolved for simply-supported nanoplates to get their natural frequencies. The influences of the nonlocal index, viscous damping index, and temperature changes are investigated. A comparison example is dictated to validate the precision of present results. Effects of other factors such as aspect ratio, mode numbers, and foundation parameters are discussed carefully for the vibration problem. Additional thermal vibration results of nanoplates resting on the viscoelastic foundation are presented for comparisons with future investigations.
This article focused on studying the buckling behavior of two-dimensional functionally graded (2D-FG) nanosize tubes, including porosity based on first shear deformation and higher-order theory of tube. The nano-scale tube is simulated based on 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 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. The parametric study is performed to study the effects of different parameters such as axial and radial FG power indexes, porosity parameter, nonlocal gradient strain parameters on the buckling behavior of di-dimensional functionally graded porous tube.
The nonlocal strain gradient theory for the static bending analysis of graphene nanoplatelets (GPLs) reinforced the nanoplate is developed in this paper. The nanoplatelet is exposed to thermo-mechanical loads and is also supposed to stand on an elastic foundation. For computing impressive composite material characteristics, the Halpin-Tsai model is selected for various sectors. The various distributions are propounded including UD, FG-O, and FG-X. The represented equations are acquired based on the virtual work and sinusoidal shear and normal deformation theory (SSNDT). Navier's solution as the analytical method is applied to solve these equations. Furthermore, the effects of GPL weight fraction, temperature parameters, distribution pattern and parameters of the foundation are presented and discussed.
Rabab A. Shanab;Norhan A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher;Alaa A. Abdelrahman
Advances in nano research
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v.14
no.1
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pp.45-65
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2023
This paper aimed to investigate the nonclassical size dependent free vibration behavior of regularly squared cutout viscoelastic nanobeams. The nonlocal strain gradient elasticity theory is modified and adopted to incorporate the viscoelasticity effect. The Kelvin Voigt viscoelastic model is adopted to model the linear viscoelastic constitutive response. To explore the influence of shear deformation effect due to cutout, both Euler Bernoulli and Timoshenko beams theories are considered. The Hamilton principle is utilized to derive the dynamic equations of motion incorporating viscoelasticity and size dependent effects. Closed form solutions for the resonant frequencies for both perforated Euler Bernoulli nanobeams (PEBNB) and perforated Timoshenko nanobeams (PTNB) are derived considering different boundary conditions. The developed procedure is verified by comparing the obtained results with the available results in the literature. Parametric studies are conducted to show the influence of the material damping, the perforation, the material and the geometrical parameters as well as the boundary and loading conditions on the dynamic behavior of viscoelastic perforated nanobeams. The proposed procedure and the obtained results are supportive in the analysis and design of perforated viscoelastic NEMS structures.
Chaht, Fouzia Larbi;Kaci, Abdelhakim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Beg, O. Anwar;Mahmoud, S.R.
Steel and Composite Structures
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v.18
no.2
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pp.425-442
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2015
This paper addresses theoretically the bending and buckling behaviors of size-dependent nanobeams made of functionally graded materials (FGMs) including the thickness stretching effect. The size-dependent FGM nanobeam is investigated on the basis of the nonlocal continuum model. The nonlocal elastic behavior is described by the differential constitutive model of Eringen, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nanostructures. The present model incorporates the length scale parameter (nonlocal parameter) which can capture the small scale effect, and furthermore accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by virtue of a sinusoidal variation of all displacements through the thickness without using shear correction factor. The material properties of FGM nanobeams are assumed to vary through the thickness according to a power law. The governing equations and the related boundary conditions are derived using the principal of minimum total potential energy. A Navier-type solution is developed for simply-supported boundary conditions, and exact expressions are proposed for the deflections and the buckling load. The effects of nonlocal parameter, aspect ratio and various material compositions on the static and stability responses of the FGM nanobeam are discussed in detail. The study is relevant to nanotechnology deployment in for example aircraft structures.
The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.
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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