The receding contact problem for two elastic layers whose elastic constants and heights are different supported by two elastic quarter planes is considered. The lower layer is supported by two elastic quarter planes and the upper elastic layer is subjected to symmetrical distributed load whose heights are 2a on its top surface. It is assumed that the contact between all surfaces is frictionless and the effect of gravity force is neglected. The problem is formulated and solved by using Theory of Elasticity and Integral Transform Technique. The problem is reduced to a system of singular integral equations in which contact pressures are the unknown functions by using integral transform technique and boundary conditions of the problem. Stresses and displacements are expressed depending on the contact pressures using Fourier and Mellin formula technique. The singular integral equation is solved numerically by using Gauss-Jacobi integration formulation. Numerical results are obtained for various dimensionless quantities for the contact pressures and the contact areas are presented in graphics and tables.
A new approach has been proposed for the incremental analysis of the nonsteady state large deformation of planar anisotropic elastic-plastic sheet forming. A mathematical brief review of a constitutive law for the incremental deformation theory has been presented from flow theory using the minimum plastic work path for elastic-plastic material. Since the material embedded coordinate system(Lagrangian quantity) is used in the proposed theory the stress integration procedure is completely objective. A new return mapping algorithm has been also developed from the general midpoint rule so as to achieve numerically large strain increment by successive control of yield function residuals. Some numerical tests for the return mapping algorithm were performed using Barlat's six component anisotropic stress potential. Performance of the proposed algorithm was shown to be good and stable for a large strain increment, For planar anisotropic sheet forming updating algorithm of planar anisotropic axes has been newly proposed. In order to show the effectiveness and validity of the present formulation earing simulation for a cylindrical cup drawing and front fender stamping analysis are performed. From the results it has been shown that the present formulation can provide a good basis for analysis for analysis of elastic-plastic sheet metal forming processes.
This study presents an analytical approach to investigate the thermodynamic behavior of functionally graded beam resting on elastic foundations. The formulation is based on a refined deformation theory taking into consideration the stretching effect and the type of elastic foundation. The displacement field used in the present refined theory contains undetermined integral forms and involves only three unknowns to derive. The mechanical characteristics of the beam are assumed to be varied across the thickness according to a simple exponential law distribution. The beam is supposed simply supported and therefore the Navier solution is used to derive analytical solution. Verification examples demonstrate that the developed theory is very accurate in describing the response of FG beams subjected to thermodynamic loading. Numerical results are carried out to show the effects of the thermodynamic loading on the response of FG beams resting on elastic foundation.
The present paper deals with the application of one dimensional piezoelectric materials in particular piezo-thermoelastic nanobeam. The generalized piezo-thermo-elastic theory with two temperature and Euler Bernoulli theory with small scale effects using nonlocal Eringen's theory have been used to form the mathematical model. The ends of nanobeam are considered to be simply supported and at a constant temperature. The mathematical model so formed is solved to obtain the non-dimensional expressions for lateral deflection, electric potential, thermal moment, thermoelastic damping and frequency shift. Effect of frequency and nonlocal parameter on the lateral deflection, electric potential, thermal moment with generalized piezothermoelastic theory are represented graphically using the MATLAB software. Comparisons are made with the different theories of thermoelasticity.
Besseghier, Abderrahmane;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Smart Structures and Systems
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v.19
no.6
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pp.601-614
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2017
In this work, free vibration analysis of size-dependent functionally graded (FG) nanoplates resting on two-parameter elastic foundation is investigated based on a novel nonlocal refined trigonometric shear deformation theory for the first time. This theory includes undetermined integral variables and contains only four unknowns, with is even less than the conventional first shear deformation theory (FSDT). Mori-Tanaka model is employed to describe gradually distribution of material properties along the plate thickness. Size-dependency of nanosize FG plate is captured via the nonlocal elasticity theory of Eringen. By implementing Hamilton's principle the equations of motion are obtained for a refined four-variable shear deformation plate theory and then solved analytically. To show the accuracy of the present theory, our research results in specific cases are compared with available results in the literature and a good agreement will be demonstrated. Finally, the influence of various parameters such as nonlocal parameter, power law indexes, elastic foundation parameters, aspect ratio, and the thickness ratio on the non-dimensional frequency of rectangular FG nanoscale plates are presented and discussed in detail.
A time-dependent large deformation fracture theory is developed for application to soft biological tissues. The theory uses the quasilinear viscoelastic theory of Fung, and particularizes it to constitutive assumptions on polyvinyl-chloride (PVC) (Part I) and cartilage (Part II). This constitutive theory is used in a general viscoelastic theory by Christensen and Naghdi and an energy balance to develop an expression for the fracture toughness of the materials. Experimental methods are developed for measuring the required constitutive parameters and fracture data for the materials. Elastic stress and reduced relaxation functions were determined using tensile and shear tests at high loading rates with rise times of 25-30 msec, and test times of 150 sec. The developed method was validated, using an engineering material, PVC to separate the error in the testing method from the inherent variation of the biological tissues. It was found that the the proposed constitutive modeling can predict the nonlinear stress-strain and the time-dependent behavior of the material. As an approximation method, a pseudo-elastic theory using the J-integral concept, assuming that the material is a time-independent large deformation elastic material, was also developed and compared with the time-dependent fracture theory. For PVC. the predicted fracture toughness is $1.2{\pm}0.41$ and $1.5{\pm}0.23\;kN/m$ for the time-dependent theory and the pseudo-elastic theory, respectively. The methods should be of value in quantifying fracture properties of soft biological tissues. In Part II, an application of the developed method to a biological soft tissue was made by using bovine humeral articular cartilage.
This paper presents an analytical study of wave propagation in simply supported graduated functional plates resting on a two-parameter elastic foundation (Pasternak model) using a new theory of high order shear strain. Unlike other higher order theories, the number of unknowns and governing equations of the present theory is only four unknown displacement functions, which is even lower than the theory of first order shear deformation (FSDT). Unlike other elements, the present work includes a new field of motion, which introduces indeterminate integral variables. The properties of the materials are assumed to be ordered in the thickness direction according to the two power law distributions in terms of volume fractions of the constituents. The wave propagation equations in FG plates are derived using the principle of virtual displacements. The analytical dispersion relation of the FG plate is obtained by solving an eigenvalue problem. Numerical examples selected from the literature are illustrated. A good agreement is obtained between the numerical results of the current theory and those of reference. A parametric study is presented to examine the effect of material gradation, thickness ratio and elastic foundation on the free vibration and phase velocity of the FG plate.
Khadir, Adnan I.;Daikh, Ahmed Amine;Eltaher, Mohamed A.
Advances in nano research
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v.11
no.6
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pp.621-640
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2021
Effect of thickness stretching on mechanical behavior of functionally graded (FG) carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) laminated nanoplates resting on elastic foundation is analyzed in this paper using a novel quasi 3D higher-order shear deformation theory. The key feature of this theoretical formulation is that, in addition to considering the thickness stretching effect, the number of unknowns of the displacement field is reduced to four, and which is more than five in the other models. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are the reinforced elements and are distributed with four power-law functions which are, uniform distribution, V-distribution, O-distribution and X-distribution. To cover various boundary conditions, an analytical solution is developed based on Galerkin method to solve the governing equilibrium equations by considering the nonlocal strain gradient theory. A modified two-dimensional variable Winkler elastic foundation is proposed in this study for the first time. A parametric study is executed to determine the influence of the reinforcement patterns, power-law index, nonlocal parameter, length scale parameter, thickness and aspect ratios, elastic foundation, thermal environments, and various boundary conditions on stresses, displacements, buckling loads and frequencies of the CNTRC laminated nanoplate.
Abdelrahman, Alaa A.;Shanab, Rabab A.;Esen, Ismail;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.2
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pp.255-270
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2022
This manuscript illustrates the dynamic response of nanoscale carbon nanotubes (CNTs) embedded in an elastic media under moving load using doublet mechanics theory, which not considered before. CNTs are modelled by Timoshenko beam theory (TBT) and a bottom to up modelling nano-mechanics is simulated by doublet mechanics theory to capture the size effect of CNTs. To explore the influence of the CNTs configurations on the dynamic behaviour, both armchair and zigzag configurations are considered. The governing equations of motion and the associated boundary conditions are obtained using the Hamiltonian principle. The Navier solution methodology is applied to obtain the solutions for both orientations. Free vibration and forced response under moving loads are considered. The accuracy of the developed procedure is verified by comparing the obtained results with available previous algorithms and good agreement is observed. Parametric studies are conducted to demonstrate effects of doublet length scale, CNTs configurations, moving load velocities as well as the elastic media parameters on the dynamic behaviours of CNTs. The developed procedure is supportive in the design and manufacturing of MEMS/NEMS made from CNTs.
This work presents a simple and refined nth-order shear deformation theory for mechanical and thermal buckling behaviors of functionally graded (FG) plates resting on elastic foundation. The proposed refined nth-order shear deformation theory has a new displacement field which includes undetermined integral terms and contains only four unknowns. Governing equations are obtained from the principle of minimum total potential energy. A Navier type analytical solution methodology is also presented for simply supported FG plates resting on elastic foundation which predicts accurate solution. The accuracy of the present model is checked by comparing the computed results with those obtained by classical plate theory (CPT), first-order shear deformation theory (FSDT) and higher-order shear deformation theory (HSDT). Moreover, results demonstrate that the proposed theory can achieve the same accuracy of the existing HSDTs which have more number of variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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