An investigation of the nonlinear thermal buckling behavior of a nano-sized beam constructed from intelligent materials called piezo-magnetic materials has been presented in this article. The nano-sized beam geometry has been considered based on two assumptions: an ideal straight beam and an imperfect beam. For incorporating nano-size impacts, the nano-sized beam formulation has been presented according to nonlocal elasticity. After establishing the governing equations based on classic beam theory and nonlocal elasticity, the nonlinear buckling path has been obtained via Galerkin's method together with an analytical trend. The dependency of buckling path to piezo-magnetic material composition, electro-magnetic fields and geometry imperfectness has been studied in detail.
In this paper, based on first-order shear deformation theory, the governing equations of motion for a sandwich curved beam including an elastic core and two piezo-magnetic face-sheets are presented. The curved beam model is resting on Pasternak's foundation and subjected to applied electric and magnetic potentials on the piezo-magnetic face-sheets and transverse loading. The five equations of motion are analytically solved and the bending and vibration results are obtained. The influence of important parameters of the model such as direct and shear parameters of foundation and applied electric and magnetic potentials are studied on the electro-mechanical responses of the problem. A comparison with literatures was performed to validate our formulation and results.
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.
Muhammad, Ahmed K.;Hamad, Luay Badr;Fenjan, Raad M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.8
no.3
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pp.237-257
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2019
The present article researches large-amplitude thermal free vibration characteristics of nonlocal two-phase piezo-magnetic nano-size beams having geometric imperfections by considering piezoelectric reinforcement scheme. The piezoelectric reinforcement can cause an enhanced vibration behavior of smart nanobeams under magnetic field. All previous studies on vibrations of piezoelectric-magnetic nano-size beams ignore the influences of geometric imperfections which are crucial since a nanobeam is not always ideal or perfect. Nonlinear governing equations of a smart nanobeam are derived based on classical beam theory and an analytical trend is provided to obtain nonlinear vibration frequency. This research shows that changing the volume fraction of piezoelectric phase in the material has a great influence on vibration behavior of smart nanobeam under electric and magnetic fields. Also, it can be seen that nonlinear vibration behaviors of smart nanobeam is dependent on the magnitude of exerted electric voltage, magnetic imperfection amplitude and substrate constants.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Nikookar, Mohammad;Mollaee, Saeed;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, A.M.S.
Advances in nano research
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v.9
no.1
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pp.47-58
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2020
The present paper deals with analyzing nonlinear forced vibrational behaviors of nonlocal multi-phase piezo-magnetic beam rested on elastic substrate and subjected to an excitation of elliptic type. The applied elliptic force may be presented as a Fourier series expansion of Jacobi elliptic functions. The considered multi-phase smart material is based on a composition of piezoelectric and magnetic constituents with desirable percentages. Additionally, the equilibrium equations of nanobeam with piezo-magnetic properties are derived utilizing Hamilton's principle and von-Kármán geometric nonlinearity. Then, an exact solution based on Jacobi elliptic functions has been provided to obtain nonlinear vibrational frequencies. It is found that nonlinear vibrational behaviors of the nanobeam are dependent on the magnitudes of induced electrical voltages, magnetic field intensity, elliptic modulus, force magnitude and elastic substrate parameters.
Modified couple stress formulation and first order shear deformation theory are used for magneto-electro-elastic bending analysis of three-layered curved size-dependent beam subjected to mechanical, magnetic and electrical loads. The governing equations are derived using a displacement field including radial and transverse displacements of middle surface and a rotation component. Size dependency is accounted based on modified couple stress theory by employing a small scale parameter. The numerical results are presented to study the influence of small scale parameter, initial electric and magnetic potentials and opening angle on the magneto-electro-elastic bending results of curved micro beam.
Ali, Hayder A.K.;Al-Toki, Mouayed H.Z.;Fenjan, Raad M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in Computational Design
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v.7
no.2
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pp.99-112
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2022
This research has been devoted to examine nonlinear static bending analysis of smart beams with nano dimension exposed to thermal environment. The beam elastic properties are corresponding to piezo-magnetic material of different compositions. The large deflection analysis of the beam has been performed assuming that the beam is exposed to transverse uniform pressure. Based on the rule of Hamilton, the governing equations have been derived for a nonlocal thin beam and solved using differential quadrature method. Temperature variation effect on nonlinear deflection of the smart beams has been studied. Also, the beam deflection is shown to be affected by electric voltage, magnetic intensity and material composition.
Mohammad Safari;Mehdi Mohammadimehr;Hossein Ashrafi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.1-12
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2023
In this study, forced vibration behavior of a piezo magneto electric sandwich Timoshenko beam is investigated. It is assumed a sandwich beam with porous core and graphene platelet reinforced composite (GPLRC) in facesheets subjected to magneto-electro-elastic and temperature-dependent material properties. The magneto electro platelets are under linear function along with the thickness that includes a cosine function and magnetic and electric constant potentials. The governing equations of motion are derived using modified strain gradient theory for microstructures. The effects of material length scale parameters, temperature change, different distributions of porous, various patterns of graphene platelets, and the core to face sheets thickness ratio on the natural frequency and excited frequency of a sandwich Timoshenko beam are scrutinized. Various size-dependent methods effects such as MSGT, MCST, and CT on the natural frequency is considered. Moreover, the final results affirm that the increase in porosity coefficient and volume fractions lead to an increase in the amount of natural frequency; while vice versa for the increment in the aspect ratio. From forced vibration analysis, it is understood that by increasing the values of volume fraction and the length thickness of GPL, the maximum deflection of a sandwich beam decreases. Also, it is concluded that increasing the temperature, the thickness of GPL, and the initial force leads to a decrease in the maximum deflection of GPL. It is also shown that resonance phenomenon occurs when the natural and excitation frequencies become equal to each other. Outcomes also reveal that the third natural frequency owns the minimum value of both deflection and frequency ratio and the first natural frequency has the maximum.
In this article, free vibration behavior of electro-magneto-thermo sandwich Timoshenko beam made of porous core and Graphene Platelet Reinforced Composite (GPLRC) in a thermal environment is investigated. The governing equations of motion are derived by using the modified strain gradient theory for micro structures and Hamilton's principle. The magneto electro are under linear function along the thickness that contains magnetic and electric constant potentials and a cosine function. The effects of material length scale parameters, temperature change, various distributions of porous, different distributions of graphene platelets and thickness ratio on the natural frequency of Timoshenko beam are analyzed. The results show that an increase in aspect ratio, the temperature change, and the thickness of GPL leads to reduce the natural frequency; while vice versa for porous coefficient, volume fractions and length of GPL. Moreover, the effect of different size-dependent theories such as CT, MCST and MSGT on the natural frequency is investigated. It reveals that MSGT and CT have most and lowest values of natural frequency, respectively, because MSGT leads to increase the stiffness of micro Timoshenko sandwich beam by considering three material length scale parameters. It is seen that by increasing porosity coefficient, the natural frequency increases because both stiffness and mass matrices decreases, but the effect of reduction of mass matrix is more than stiffness matrix. Considering the piezo magneto-electric layers lead to enhance the stiffness of a micro beam, thus the natural frequency increases. It can be seen that with increasing of the value of WGPL, the stiffness of microbeam increases. As a result, the value of natural frequency enhances. It is shown that in hc/h = 0.7, the natural frequency for WGPL = 0.05 is 8% and 14% less than its for WGPL = 0.06 and WGPL = 0.07, respectively. The results show that with an increment in the length and width of GPLs, the natural frequency increases because the stiffness of micro structures enhances and vice versa for thickness of GPLs. It can be seen that the natural frequency for aGPL = 25 ㎛ and hc/h = 0.6 is 0.3% and 1% more than the one for aGPL = 5 ㎛ and aGPL = 1 ㎛, respectively.
Size-dependent free vibration responses and magneto-electro-elastic bending results of a three layers piezomagnetic curved beam rest on Pasternak's foundation are presented in this paper. The governing equations of motion are derived based on first-order shear deformation theory and nonlocal piezo-elasticity theory. The curved beam is containing a nanocore and two piezomagnetic face-sheets. The piezomagnetic layers are imposed to applied electric and magnetic potentials and transverse uniform loadings. The analytical results are presented for simply-supported curved beam to study influence of some parameters on vibration and bending results. The important parameters are spring and shear parameters of foundation, applied electric and magnetic potentials, nonlocal parameter and radius of curvature of curved beam. It is concluded that the increase in radius of curvature tends to an increase in the stiffness of curved beam and consequently natural frequencies increase and bending results decrease. In addition, it is concluded that with increase of nonlocal parameter of curved beam, the stiffness of structure is decreased that leads to decrease of natural frequency and increase of bending results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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