Applications of membrane mechanisms are widely found in nano-devices and nano-sensor technologies nowadays. An alternative approach for large deflection analysis of the orthotropic, elliptic membranes - subject to gravitational, uniform pressures often found in nano-sensors - is described in this paper. The material properties of membranes are assumed to be orthogonally isotropic and linearly elastic, while the principal directions of elasticity are parallel to the coordinate axes. Formulating the potential energy functional of the orthotropic, elliptic membranes involves the strain energy that is attributed to inplane stress resultant and the potential energy due to applied pressures. In the solution method, Rayleigh-Ritz method can be used successfully to minimize the resulting total potential energy generated. The set of equilibrium equations was solved subsequently by Newton-Raphson. The unparalleled model formulation capable of analyzing the large deflections of both circular and elliptic membranes is verified by making numerical comparisons with existing results of circular membranes as well as finite element solutions. The results are found in excellent agreements at all cases. Then, the parametric investigations are given to delineate the impacts of the aspect ratios and orthotropic elasticity on large static tensions and deformations of the orthotropic, elliptic membranes.
The conversion of mechanical energy into electrical energy at nanoscale using piezoelectric nanowire arrays has been in detail shown by deflection of nanowires. Recently it has performed an analytical model, both at classical and at quantum level, for describing the most important quantities concerning transport phenomena; the model predicts interesting peculiarities, as high initial charge diffusion in nanodevices constituting by nanowires and permits also in particular to deduce interesting informations about the devices sensitivity, focusing on the correlation between sensitivity and high initial diffusivity of these materials at nanometric level.
Nejad, Mohammad Zamani;Hadi, Amin;Omidvari, Arash;Rastgoo, Abbas
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.4
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pp.417-425
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2018
The main aim of this paper is to investigate the bending of Euler-Bernouilli nano-beams made of bi-directional functionally graded materials (BDFGMs) using Eringen's non-local elasticity theory in the integral form with compare the differential form. To the best of the researchers' knowledge, in the literature, there is no study carried out into integral form of Eringen's non-local elasticity theory for bending analysis of BDFGM Euler-Bernoulli nano-beams with arbitrary functions. Material properties of nano-beam are assumed to change along the thickness and length directions according to arbitrary function. The approximate analytical solutions to the bending analysis of the BDFG nano-beam are derived by using the Rayleigh-Ritz method. The differential form of Eringen's non-local elasticity theory reveals with increasing size effect parameter, the flexibility of the nano-beam decreases, that this is unreasonable. This problem has been resolved in the integral form of the Eringen's model. For all boundary conditions, it is clearly seen that the integral form of Eringen's model predicts the softening effect of the non-local parameter as expected. Finally, the effects of changes of some important parameters such as material length scale, BDFG index on the values of deflection of nano-beam are studied.
This study reported, the effect of random variation in system properties on bending response of single wall carbon nanotube reinforced composite (SWCNTRC) plates subjected to transverse uniform loading is examined. System parameters such as the SWCNT armchair, material properties, plate thickness and volume fraction of SWCNT are modelled as basic random variables. The basic formulation is based on higher order shear deformation theory to model the system behaviour of the SWCNTRC composite plate. A C0 finite element method in conjunction with the first order perturbation technique procedure developed earlier by the authors for the plate subjected to lateral loading is employed to obtain the mean and variance of the transverse deflection of the plate. The performance of the stochastic SWCNTRC composite model is demonstrated through a comparison of mean transverse central deflection with those results available in the literature and standard deviation of the deflection with an independent First Order perturbation Technique (FOPT), Second Order perturbation Technique (SOPT) and Monte Carlo simulation.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.922-929
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2006
In this study, flow characteristics of the FPN (Fountain Pen Nano-Lithography) using active membrane pumping are investigated. This FPN has integrated chamber, micro channel, and high capacity reservoir for continuous ink feed. The most important aspect in this probe provided control of fluid injection using active membrane pumping in chamber. The flow rates in channel by capillary force are theoretically analyzed, including the control of mass flow rates by deflection of membrane. The above results are compared with numerical simulations that calculated by commercial code, FLUENT. The velocity of fluid in micro channel shows linear behaviors. And the mass flows are proportional to the second order function of pumping pressure that is imposed to membrane.
Knowledge of thin films mechanical properties is strongly associated to the reliability and the performances of Nano Electro Mechanical Systems (NEMS). In the literature, there are several methods for micro materials characterization. Bulge test is an established nondestructive technique for studying the mechanical properties of thin films. This study improve the performances of NEMS by investigating the mechanical behavior of Nano rectangular thin film (NRTF) made of new material embedded in Nano Electro Mechanical Systems (NEMS) by developing the bulge test technique. The NRTF built from adhesively-bonded layers of basalt fiber reinforced polymer (BFRP) laminate composite materials in Nano size at room temperature and were used for plane-strain bulging. The NRTF is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on NRTF and then clamped between two plates. A differential pressure is applying to a deformation of the laminated composite NRTF. This makes the plane-strain bulge test idea for studying the mechanical behavior of laminated composite NRTF in both the elastic and plastic regimes. An exact solution of governing equations for symmetric cross-ply BFRP laminated composite NRTF was established with taking in-to account the effect of the residual strength from pre-stressed loading. The stress-strain relationship of the BFRP laminated composite NRTF was determined by hydraulic bulging test. The NRTF thickness gradation in different points of hemisphere formed in bulge test was analysed.
This research article reported the nonlinear finite solutions of the nonlinear flexural strength and stress behaviour of nano sandwich graded structural shell panel under the combined thermomechanical loading. The nanotube sandwich structural model is derived mathematically using the higher-order displacement polynomial including the full geometrical nonlinear strain-displacement equations via Green-Lagrange relations. The face sheets of the sandwich panel are assumed to be carbon nanotube-reinforced polymer composite with temperature dependent material properties. Additionally, the numerical model included different types of nanotube distribution patterns for the sandwich face sheets for the sake of variable strength. The required equilibrium equation of the graded carbon nanotube sandwich structural panel is derived by minimizing the total potential energy expression. The energy expression is further solved to obtain the deflection values (linear and nonlinear) via the direct iterative method in conjunction with finite element steps. A computer code is prepared (MATLAB environment) based on the current higher-order nonlinear model for the numerical analysis purpose. The stability of the numerical solution and the validity are verified by comparing the published deflection and stress values. Finally, the nonlinear model is utilized to explore the deflection and the stresses of the nanotube-reinforced (volume fraction and distribution patterns of carbon nanotube) sandwich structure (different core to face thickness ratios) for the variable type of structural parameter (thickness ratio, aspect ratio, geometrical configurations, constraints at the edges and curvature ratio) and unlike temperature loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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