The critical buckling temperature rise of a newly proposed piezoelectrically active sandwich plate (ASP) has been investigated in this work. This structure includes a porous polymeric layer integrated between two piezoelectric nanocomposite layers. The piezoelectric material is made of a passive polymeric material that is activated by lead-free nanowires (NWs) of zinc oxide (ZnO) embedded inside the matrix. In both nanocomposite layers and porous core, functional graded (FG) patterns have been considered for the distributions of ZnO NWs and voids, respectively. By adopting a higher-order theory of plates, the governing equations of thermal buckling are obtained. This set of equations is then treated using an extended mesh-free solution. The effects of plate dimensions, porosity states, and the nanowire parameters have been investigated on the critical buckling temperature rises of the proposed lightweight ASPs with different boundary conditions. The results disclose that the use of porosities in the core and/or mixing ZnO NWs in the face sheets substantially arise the critical buckling temperatures of the newly proposed active sandwich plates.
Luo, Jijun;Lv, Meng;Hou, Suxia;Nasihatgozar, Mohsen;Behshad, Amir
Advances in nano research
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제13권4호
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pp.369-378
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2022
Dynamic study of concrete plates under impact load is presented in this article. The main objective of this work is presenting a mathematical model for the concrete plates under the impact load. The concrete plate is reinforced by carbon nanoparticles which the effective material proprieties are obtained by mixture's rule. Impacts are assumed to occur normally over the top layer of the plate and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The structure is assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. Based on the classical plate theory (CPT), energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying DQM, the dynamic deflection and contact force of the structure are calculated numerically so that the effects of mass, velocity and height of the impactor, volume percent of nanoparticles, structural damping and geometrical parameters of structure are shown on the dynamic deflection and contact force. Results show that considering structural damping leads to lower dynamic deflection and contact force. In addition, increasing the volume percent of nanoparticles yields to decreases in the deflection.
The aim of this study was to examine the validity of fracture criterion for PMMA plates that have a V-notch with an end hole. The predicted stress intensity factors and crack initiation angles by the fracture criterion based on the maximum circumferential stress and the novozhilov's criteria were compared with the experimental results. By increasing the radius of end hole, the differences of predicted stress intensity factors and experimental results increased, possibly due to the plastic zone size. The results indicated that when the radius of end hole is < 1 mm, the fracture criterion would be useful.
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.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, A.M.S.
Steel and Composite Structures
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제36권1호
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pp.87-101
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2020
A multi-scale epoxy/CNT/fiberglass annular sector plate is studied in this paper in the view of determining nonlinear forced vibration characteristics. A 3D Mori-Tanaka model is employed for evaluating multi-scale material properties. Thus, all of glass fibers are assumed to have uni-direction alignment and CNTs have random diffusion. The geometry of annular sector plate can be described based on the open angle and the value of inner/outer radius. In order to solve governing equations and derive exact forced vibration curves for the multi-scale annular sector, Jacobi elliptic functions are used. Obtained results demonstrate the significance of CNT distribution, geometric nonlinearity, applied force, fiberglass volume, open angle and fiber directions on forced vibration characteristics of multi-scale annular sector plates.
Rapid advances in the engineering applications can bring further areas to provide the opportunity to manipulate anisotropic structures for direct productivity in design of micro/nano-structures. For the first time, magnetic affected wave characteristics of nanosize plates made of anisotropic material is investigated via the three-dimensional bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory. Three small scale parameters are used to predict the size-dependent behavior of the nanoplates more accurately. After owing governing equations of wave motion, an analytical approach based harmonic series is utilized to fine the wave frequency as well as phase velocity. It is observed that the small scale parameters, magnetic field and wave number have considerable influence on the wave characteristics of anisotropic nanoplates. Due to the lack of any study on the mechanics of three-dimensional bi-Helmholtz gradient plates made of anisotropic materials, it is hoped that the present exact model may be used as a benchmark for future works of such nanostructures.
Adhesion of a hemispherical tip to the flat surface in nano-structures is simulated using the molecular dynamics technique. The tip and plates are modeled with the Lennard-Jones molecules. The simulation focuses on the deformation of the tip. Detailed descriptions on the evolution of interaction force, the energy dissipation due to adhesion hysteresis, the forma- tion-growth-breakage of adhesive junction as well as the evolution of molecular distribution during the process are presented. The effects of the tip size, the maximum tip approach, the tip temperature, and the affinity between the tip and the mating plate are also discussed.
This paper develops a four-unknown refined plate theory and the Galerkin method to investigate the size-dependent stability behavior of functionally graded material (FGM) under the thermal environment and the FGM having temperature-dependent material properties. In the current study two scale coefficients are considered to examine buckling behavior much accurately. Reuss micromechanical scheme is utilized to estimate the material properties of inhomogeneous nano-size plates. Governing differential equations, classical and non-classical boundary conditions are obtained by utilizing Hamiltonian principles. The results showed the high importance of considering temperature-dependent material properties for buckling analysis. Different influencing parametric on the buckling is studied which may help in design guidelines of such complex structures.
In this paper, buckling analyses of composite concrete plate reinforced by piezoelectric nanoparticles is studied. The Halphin-Tsai model is used for obtaining the effective material properties of nano composite concrete plate. The nano composite concrete plate is modeled by Third order shear deformation theory (TSDT). The elastic medium is simulated by Winkler model. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain, the energy equations of concrete plate are obtained and using Hamilton's principal, the governing equations are derived. The governing equations are solved based on Navier method. The effect of piezoelectric nanoparticles volume percent, geometrical parameters of concrete plate and elastic foundation on the buckling load are investigated. Results showed that with increasing Piezoelectric nanoparticles volume percent, the buckling load increases.
In this paper, buckling analyses of composite plate reinforced by Graphen platelate (GPL) is studied. The Halphin-Tsai model is used for obtaining the effective material properties of nano composite plate. The nano composite plate is modeled by Third order shear deformation theory (TSDT). The elastic medium is simulated by Winkler model. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain, the energy equations of plate are obtained and using Hamilton's principal, the governing equations are derived. The governing equations are solved based on Navier method. The effect of GPL volume percent, geometrical parameters of plate and elastic foundation on the buckling load are investigated. Results showed that with increasing GPLs volume percent, the buckling load increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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