Nonlinear vibration analysis of composite beam reinforced by carbon nanotubes resting on the nonlinear viscoelastic foundation is investigated in this study. The material properties of the composite beam is considered as a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different distributions. With using Hamilton's principle, the governing nonlinear partial differential equations are derived based on the Euler-Bernoulli beam theory. In the nonlinear kinematic assumption, the Von Kármán nonlinearity is used. The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained. In addition, the effects of different patterns of reinforcement, linear and nonlinear damping coefficients of the viscoelastic foundation on the nonlinear vibration responses and phase trajectory of the carbon nanotube reinforced composite beam are investigated.
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.
This investigation presents nonlinear free vibration of a carbon nanotube reinforced composite beam based on the Von Kármán nonlinearity and the Euler-Bernoulli beam theory The material properties of the structure is considered as made of a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different material distributions. The governing equations of the nonlinear vibration problem is delivered by using Hamilton's principle and the Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained with the effect of different patterns of reinforcement.
Ahmed E. Abouelregal;Badahi Ould Mohamed;Hamid M. Sedighi
Advances in nano research
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v.16
no.2
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pp.141-154
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2024
This study aims to develop explicit models to investigate thermo-mechanical interactions in moving nanobeams. These models aim to capture the small-scale effects that arise in continuous mechanical systems. Assumptions are made based on the Euler-Bernoulli beam concept and the fractional Zener beam-matter model. The viscoelastic material law can be formulated using the fractional Caputo derivative. The non-local Eringen model and the two-phase delayed heat transfer theory are also taken into account. By comparing the numerical results to those obtained using conventional heat transfer models, it becomes evident that non-localization, fractional derivatives and dual-phase delays influence the magnitude of thermally induced physical fields. The results validate the significant role of the damping coefficient in the system's stability, which is further dependent on the values of relaxation stiffness and fractional order.
Based on the consistent couple stress theory (CCST), we develop a unified formulation for analyzing the static bending and free vibration behaviors of functionally graded (FG) microscale beams (MBs). The strong forms of the CCST-based Euler-Bernoulli, Timoshenko, and Reddy beam theories, as well as the CCST-based sinusoidal, exponential, and hyperbolic shear deformation beam theories, can be obtained by assigning some specific shape functions of the shear deformations varying through the thickness direction of the FGMBs in the unified formulation. The above theories are thus included as special cases of the unified CCST. A comparative study between the results obtained using a variety of CCST-based beam theories and those obtained using their modified couple stress theory-based counterparts is carried out. The impacts of some essential factors on the deformation, stress, and natural frequency parameters of the FGMBs are examined, including the material length-scale parameter, the aspect ratio, and the material-property gradient index.
The main objective of the present paper is to investigate the nonlinear vibration of buckled beams fixed at both ends and made of Aluminium allay (Al-alloy) reinforced with randomly dispersed Single Walled Carbon Nanotube (SWNT). The Mori-Tanak (M-T) micromechanical approach is selected to predict the homogenized material properties of the beams. The differential equation of motion governing the nonlinear behavior of the Euler-Bernoulli homogeneous beam is solved using an analytical method. The influences of diverse parameters including axial load, vibration amplitude, SWNT volume fraction, SWNT aspect ratio and beam slenderness ratio on the nonlinear frequency are studied.
The elastic theory of beams is fundamental in engineering of design and structure. In this study, we construct Green's function for inhomogeneous fourth-order differential operators subjected to associated constraints that arises in dealing with dynamic problems in the Rayleigh beam. We obtain solutions for homogeneous and completely inhomogeneous beam problems using Green's function. This enables us to consider rotational influences in determining the eigenfrequency of beam vibrations. Additionally, we investigate the dynamic vibration model of inhomogeneous beams incorporating rotational effects. The eigenvalues of Rayleigh beams, including first-order correction terms, are also computed and displayed in tabular forms.
Cantilever structures demonstrate diverse nonlocal effects, resulting in either stiffness hardening or dynamic softening behaviors, as various studies have indicated. This research delves into the free and forced vibration analysis of rotating nanoscale cylindrical beams and tubes under external dynamic stress, aiming to thoroughly explore the nonlocal impact from both angles. Utilizing Euler-Bernoulli and Reddy beam theories, in conjunction with higher-order tube theory and Hamilton's principle, nonlocal governing equations are derived with precise boundary conditions for both local and nonlocal behaviors. The study specifically examines two-dimensional functionally graded materials (2D-FGM), characterized by axially functionally graded (AFG) and radial porosity distributions. The resulting partial differential equations are solved using the generalized differential quadrature element method (GDQEM) and Newmark-beta procedures to acquire time-dependent results. This investigation underscores the significant influence of boundary conditions when nonlocal forces act on cantilever structures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.251-260
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2003
A three dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of deep, tapered rods and beams with circular cross section. Unlike conventional rod and beam theories, which are mathematically one-dimensional (1-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components u/sup r/, u/sub θ/ and u/sub z/, in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in , and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the rods and beams are formulated, the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the rods and beams. Novel numerical results are tabulated for nine different tapered rods and beams with linear, quadratic, and cubic variations of radial thickness in the axial direction using the 3D theory. Comparisons are also made with results for linearly tapered beams from 1-D classical Euler-Bernoulli beam theory.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.3
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pp.285-292
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2016
In this study, FE-BE direct coupling methods of 1D and 2D problems are considered for the pontoon-type floating structure and the difference of the modeling dimensions is investigated for the hydroelastic response. The modeling dimensions are defined as the 1D problem consisting 1D beam-2D fluid coupling and the 2D problem consisting 2D plate-3D fluid coupling with zero-draft assumption. For case studies, hydroelastic responses of the 1D Problem are compared to those of the 2D Problem for a wide range of aspect ratio and regular waves. It is shown that the effects of the elastic behavior are increased by decreasing the incident wavelength, whereas the effects of the rigid behavior are increased by increasing the incident wavelength. In 2D problem, the incident wave angle can be considered, and slightly more accurate results can be obtained, but the computational efficiency is lower. On the other hand, in 1D problem with plate-strip condition, the incident wave angle cannot be considered, but when the aspect ratio is large, the overall responses can be analyzed through a simplified model, and the computational efficiency can be improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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