Ahmed, Ridha A.;Mustafa, Nader M.;Faleh, Nadhim M.;Fenjan, Raad M.
Structural Engineering and Mechanics
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제76권3호
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pp.413-420
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2020
Considering inverse cotangential shear strain function, the present paper studies nonlinear stability of nonlocal higher-order refined beams made of metal foams based on Chebyshev-Ritz method. Based on inverse cotangential beam model, it is feasible to incorporate shear deformations needless of shear correction factor. Metal foam is supposed to contain different distributions of pores across the beam thickness. Also, presented Chebyshev-Ritz method can provide a unified solution for considering various boundary conditions based on simply-supported and clamped edges. Nonlinear effects have been included based upon von-karman's assumption and nonlinear elastic foundation. The buckling curves are shown to be affected by pore distribution, geometric imperfection of the beam, nonlocal scale factor, foundation and geometrical factors.
A numerical and computer simulation for dynamic stability analysis of graded porous nanoplates has been provided using a Chebyshev-Ritz-Bolotin approach. The nanoplate has been formulated according to the nonlocal elasticity and a 3-unkown plate model capturing neutral surface location. All of material properties are assumed to be dependent of porosity factor which determines the amount or volume of pores. The nano-size plate has also been assumed to be under temperature and moisture variation. It will be shown that stability boundaries of the nanoplate are dependent on static and dynamical load factors, porosity factor, temperature variation and nonlocal parameter.
The dynamic stability of a functionally graded polymer microbeam reinforced by graphene oxides subjected to a periodic axial force is investigated. The microbeam is assumed to rest on an elastic substrate and is subjected to various immovable boundary restraints. The weight fraction of graphene oxides nanofillers is graded across the beam thickness. The effective Young's modulus of the functionally graded graphene oxides reinforced composite (FG-GORC) was determined using modified Halpin-Tsai model, with the mixture rule used to evaluate the effective Poisson's ratio and the mass density. An improved third order shear deformation theory (TSDT) is used in conjunction with the Chebyshev polynomial-based Ritz method to derive the Mathieu-Hill equations for dynamic stability of the FG-GORC microbeam, in which the scale effect is taken into account based on modified couple stress theory. Then, the Mathieu-Hill equation was solved using Bolotin's method to predict the principle unstable regions of the FG-GORC microbeams. The numerical results show the effects of the small scale, the graphene oxides nanofillers as well as the elastic substrate on the dynamic stability behaviors of the FG-GORC microbeams.
For the first time, nonlocal damped vibration and buckling analyses of arbitrary tapered bidirectional functionally graded solid circular nano-plate (BDFGSCNP) are presented by employing modified spectral Ritz method. The energy method based on Love-Kirchhoff plate theory assumptions is applied to derive neutral equilibrium equation. The Eringen's nonlocal continuum theory is taken into account to capture small-scale effects. The characteristic equations and corresponding first mode shapes are calculated by using a novel modified basis in spectral Ritz method. The modified basis is in terms of orthogonal shifted Chebyshev polynomials of the first kind to avoid employing adhesive functions in the spectral Ritz method. The fast convergence and compatibility with various conditions are advantages of the modified spectral Ritz method. A more accurate multivariable function is used to model two-directional variations of elasticity modulus and mass density. The effects of nanoscale, in-plane pre-load, distributed dashpot, arbitrary tapering, pinned and clamped boundary conditions on natural frequencies and buckling loads are investigated. Observing an excellent agreement between results of current work and outcomes of previously published works in literature, indicates the results' accuracy in current work.
Yousefzadeh, Sh.;Jafari, A.A.;Mohammadzadeh, A.;Najafi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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제65권5호
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pp.523-533
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2018
In this study, the dynamic response of a functionally graded material (FGM) circular plate in contact with incompressible fluid under the harmonic load is investigated. Analysis of the plate is based on First-order Shear Deformation Plate Theory (FSDT). The governing equation of the oscillatory behavior of the fluid is obtained by solving Laplace equation and satisfying its boundary conditions. A new set of admissible functions, which satisfy both geometrical and natural boundary conditions, are developed for the free vibration analysis of moderately thick circular plate. The Chebyshev-Ritz Method is employed together with this set of admissible functions to determine the vibrational behaviors. The modal superposition approach is used to determine the dynamic response of the plate exposed to harmonic loading. Numerical results of the force vibrations and the effects of the different geometrical parameters on the dynamic response of the plate are investigated. Finally, the results of this research in the limit case are compared and validated with the results of other researches and finite element model (FEM).
In this article, the static behavior of non-prismatic sandwich beams composed of functionally graded (FG) materials is investigated for the first time. Two types of beams in which the variation of elastic modulus follows a power-law form are studied. The principle of minimum total potential energy is applied along with the Ritz method to derive and solve the governing equations. Considering conventional boundary conditions, Chebyshev polynomials of the first kind are used as auxiliary shape functions. The formulation is developed within the framework of well-known Timoshenko and Reddy beam theories (TBT, RBT). Since the beams are simultaneously tapered and functionally graded, bending and shear stress pushover curves are presented to get a profound insight into the variation of stresses along the beam. The proposed formulations and solution scheme are verified through benchmark problems. In this context, excellent agreement is observed. Numerical results are included considering beams with various cross sectional types to inspect the effects of taper ratio and gradient index on deflections and stresses. It is observed that the boundary conditions, taper ratio, gradient index value and core to the thickness ratio significantly influence the stress and deflection responses.
Abdulaziz Saud Khider;Ali Aalsaud;Nadhim M. Faleh;Abeer K. Abd;Mamoon A.A. Al-Jaafari;Raad M. Fenjan
Steel and Composite Structures
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제50권1호
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pp.15-24
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2024
This research presents dynamical reaction investigation of pore-dependent and nano-thickness beams having functional gradation (FG) constituents exposed to a movable particle. The nano-thickness beam formulation has been appointed with the benefits of refined high orders beam paradigm and nonlocal strain gradient theory (NSGT) comprising two scale moduli entitled nonlocality and strains gradient modulus. The graded pore-dependent constituents have been designed through pore factor based power-law relations comprising pore volumes pursuant to even or uneven pore scattering. Therewith, variable scale modulus has been thought-out until process a more accurate designing of scale effects on graded nano-thickness beams. The motion equations have been appointed to be solved via Ritz method with the benefits of Chebyshev polynomials in cosine form. Also, Laplace transform techniques help Ritz-Chebyshev method to obtain the dynamical response in time domain. All factors such as particle speed, pores and variable scale modulus affect the dynamical response.
In this research, buckling and free vibration of rectangular polymeric laminate reinforced by graphene sheets are investigated. Various patterns are considered for augmentation of each laminate. Critical buckling load is evaluated for different parameters, including boundary conditions, reinforcement pattern, loading regime, and laminate geometric states. Furthermore, vibration analysis is investigated for square laminate. Elastic properties of the composite are calculated using a combination of both molecular dynamics (MD) and the rule of mixture (MR). Kinematics of the plate is approximated based on the first shear deformation theory (FSDT). The current analysis is performed based on the energy method. For the numerical investigation, Ritz method is applied, and for shape functions, Chebyshev polynomials are utilized. It is found that the number of layers is effective on the buckling load and natural frequency of laminates which made from non-uniform layers.
Dynamic behavior of flexural-torsional coupled vibration of rotating beams using the Rayleigh-Ritz method with orthogonal polynomials as basis functions is studied. Performance of various orthogonal polynomials is compared to each other in terms of their efficiency and accuracy in determining the required natural frequencies. Orthogonal polynomials and functions studied in the present work are: Legendre, Chebyshev, integrated Legendre, modified Duncan polynomials, the special trigonometric functions used in conjunction with Hermite cubics, and beam characteristic orthogonal polynomials. A total of 5 cases of beam boundary conditions and rotation are studied for their natural frequencies. The obtained natural frequencies and mode shapes are compared to those available in various references and the results for coupled flexural-torsional vibrations are especially compared to both previously available references and with those obtained using NASTRAN finite element package. Among all the examined orthogonal functions, Legendre orthogonal polynomials are the most efficient in overall CPU time, mainly because of ease in performing the integration required for determining the stiffness and mass matrices.
A numerical approach for dynamic stability analysis of sandwich plates has been provided using Chebyshev-Ritz-Bolotin approach. The sandwich plate with porous core has been formulated according to a higher-order plate. All of material properties are assumed to be dependent of porosity factor which determines the amount or volume of pores. The sandwich plate has also been assumed to be under periodic in-plane loading of compressive type. It will be shown that stability boundaries of the sandwich plate are dependent on static and dynamical load factors, porosity factor, porosity variation and core thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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