This paper focuses on thermal post-buckling analysis of functionally graded beams with temperature dependent physical properties by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. Material properties of the beam change in the thickness direction according to a power-law function. The beam is clamped at both ends. In the case of beams with immovable ends, temperature rise causes compressible forces and therefore buckling and post-buckling phenomena occurs. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. Also, the material properties (Young's modulus, coefficient of thermal expansion, yield stress) are temperature dependent: That is the coefficients of the governing equations are not constant in this study. This situation suggests the physical nonlinearity of the problem. Hence, the considered problem is both geometrically and physically nonlinear. The considered highly non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. In this study, the differences between temperature dependent and independent physical properties are investigated for functionally graded beams in detail in post-buckling case. With the effects of material gradient property and thermal load, the relationships between deflections, critical buckling temperature and maximum stresses of the beams are illustrated in detail in post-buckling case.
In the present article, functionally graded small-scaled plates based on modified strain gradient theory (MSGT) are studied for analyzing the nonlinear bending and post-buckling responses. Von-Karman's assumptions are applied to incorporate geometric nonlinearity and the first-order shear deformation theory is used to model the plates. Modified strain gradient theory includes three length scale parameters and is reduced to the modified couple stress theory (MCST) and the classical theory (CT) if two or all three length scale parameters become zero, respectively. The Ritz method with Legendre polynomials are used to approximate the unknown displacement fields. The solution is found by the minimization of the total potential energy and the well-known Newton-Raphson technique is used to solve the nonlinear system of equations. In addition, numerical results for the functionally graded small-scaled plates are obtained and the effects of different boundary conditions, material gradient index, thickness to length scale parameter and length to thickness ratio of the plates on nonlinear bending and post-buckling responses are investigated and discussed.
Zhao, Jing-Lei;She, Gui-Lin;Wu, Fei;Yuan, Shu-Jin;Bai, Ru-Qing;Pu, Hua-Yan;Wang, Shilong;Luo, Jun
Advances in nano research
/
제13권5호
/
pp.465-474
/
2022
Based on the nonlocal strain gradient (NSG) theory and considering the influence of moment of inertia, the governing equations of motion of porous functionally graded (FG) nanoplates with four edges clamped are established; The Galerkin method is applied to eliminate the spatial variables of the partial differential equation, and the partial differential governing equation is transformed into an ordinary differential equation with time variables. By satisfying the boundary conditions and solving the characteristic equation, the dispersion relations of the porous FG strain gradient nanoplates with four edges fixed are obtained. It is found that when the wave number is very small, the influences of nonlocal parameters and strain gradient parameters on the dispersion relation is very small. However, when the wave number is large, it has a great influence on the group velocity and phase velocity. The nonlocal parameter represents the effect of stiffness softening, and the strain gradient parameter represents the effect of stiffness strengthening. In addition, we also study the influence of power law index parameter and porosity on guided wave propagation.
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.
This paper studies the buckling response of nonuniform functionally graded micro-sized tubes according to the high-order tube theory (HOTT) and classical beam theory (CBT) in addition to nonlocal strain gradient theory. The microtube is made of axially functionally graded material (AFGM). Both inner and outer tube radiuses are changed along the tube length; the microtube is the truncated conical type of tube. The nonlinear partial differential (PD) the formulations are obtained on the basis of the energy conservation method. Then, the linear and nonlinear results are computed via a powerful numerical approach. Finally, the impact of various parameters on the stability of axially functionally graded (AFG) microtube regarding the buckling analysis is discussed.
본 논문에서는 적분변환법을 이용하여 면외전단 충격하중이 작용하는 두 개의 서로 다른 압전재료층 사이의 기능경사압전재료 접합층 내부 균열에 대한 과도응답 해석 을 수행한다. 기능경사압전재료의 물성치는 두께 방향을 따라 연속적으로 변하는 것으로 가정한다. 라플라스 변환과 푸리에 변환을 이용하여 문제를 복합적분방정식으로 구성하고, 수치해석을 위해 복합적 분방정식을 제 2 종 프레드홀름 적분방정식으로 표현한다. 전기적 하중, 재료물성 치의 변화율, 각 접합층의 두께가 균열의 과도응답에 미치는 영향을 보기 위해 동에너지 해방률에 대한 수치해석 결과를 제시한다.
Vibration of axially functionally graded nano-rods and beams is investigated. It is assumed that the material properties change along the rod and beam length. The Ritz method with algebraic polynomials is used in the formulation of the problems. Stress gradient elasticity theory is utilized in order to include the nonlocal effects. Frequencies are obtained for different boundary conditions, geometrical and material properties. Nonlocal parameter is assumed as changing linearly or quadratically along the length of the nanostructure. Frequencies are compared to constant nonlocal parameter cases and considerable differences are observed between constant and variable nonlocal parameter cases. Mode shapes in various cases are depicted in order to explain the effects of axial grading.
In the present study, for first time the size dependent vibration behavior of a rotating functionally graded (FG) Timoshenko nanobeam based on Eringen's nonlocal theory is investigated. It is assumed that the physical and mechanical properties of the FG nanobeam are varying along the thickness based on a power law equation. The governing equations are determined using Hamilton's principle and the generalized differential quadrature method (GDQM) is used to obtain the results for cantilever boundary conditions. The accuracy and validity of the results are shown through several numerical examples. In order to display the influence of size effect on first three natural frequencies due to change of some important nanobeam parameters such as material length scale, angular velocity and gradient index of FG material, several diagrams and tables are presented. The results of this article can be used in designing and optimizing elastic and rotary type nano-electro-mechanical systems (NEMS) like nano-motors and nano-robots including rotating parts.
In this article, a four-variable refined plate theory is presented for buckling analysis of functionally graded plates subjected to uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. Young's modulus and Poisson ratio of the FGM plates are assumed to remain constant throughout the entire plate. However, the coefficient of thermal expansion of the FGM plate varies according to a power law form through the thickness coordinate. Equilibrium and stability equations are derived based on the present theory. The influences of many plate parameters on buckling temperature difference such ratio of thermal expansion, aspect ratio, side-to-thickness ratio and gradient index will be investigated.
This disquisition proposes a nonlocal strain gradient beam theory for thermo-mechanical dynamic characteristics of embedded smart shear deformable curved piezoelectric nanobeams made of porous electro-elastic functionally graded materials by using an analytical method. Electro-elastic properties of embedded curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary through the thickness direction of beam according to the power-law which is modified to approximate material properties for even distributions of porosities. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, so in this study thermo-mechanical vibration analysis of curve FG piezoelectric nanobeam by considering the effect of these imperfections is performed. Nonlocal strain gradient elasticity theory is utilized to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field. The governing equations and related boundary condition of embedded smart curved porous FG nanobeam subjected to thermal and electric field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved piezoelectric nanobeam resting on Winkler and Pasternak foundation. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, electric voltage, coefficient of porosity, elastic foundation parameters, thermal effect, gradient index, strain gradient, elastic opening angle and slenderness ratio on the natural frequency of embedded curved FG porous piezoelectric nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play important roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.