The present study investigates the propagation of shear waves in a composite structure comprised of imperfectly bonded piezoelectric layer with a micropolar half space. Piezoelectric layer is considered to be initially stressed. Micropolar theory of elasticity has been employed which is most suitable to explain the size effects on small length scale. The general dispersion equations for the existence of waves in the coupled structure are obtained analytically in the closed form. Some particular cases have been discussed and in one particular case the dispersion relation is in well agreement to the classical-Love wave equation. The effects of various parameters viz. initial stress, interfacial imperfection and micropolarity on the phase velocity are obtained for electrically open and mechanically free system. Numerical computations are carried out and results are depicted graphically to illustrate the utility of the problem. The phase velocity of the shear waves is found to be influenced by initial stress, interface imperfection and the presence of micropolarity in the elastic half space. The theoretical results obtained are useful for the design of high performance surface acoustic devices.
This paper aims to analyze the dynamic response of a double nanobeam system with a medium viscoelastic layer under a moving load. The governing equations are based on the Eringen nonlocal theory. A thin viscoelastic layer has coupled two nanobeams together. An exact solution is derived for each nanobeam, and the dynamic deflection is achieved. The effect of parameters such as nonlocal parameter, velocity of moving load, spring coefficient and the viscoelastic layer damping ratio was studied. The results showed that the effect of the nonlocal parameter is significantly important and the classical theories are not suitable for nano and microstructures.
This paper investigates the stability of a bi-directional functionally graded (BD-FG) cylindrical beam made of imperfect concrete, taking into account size-dependency and the effect of geometry on its stability behavior. Both buckling and dynamic behavior are analyzed using the modified coupled stress theory and the classical beam theory. The BD-FG structure is created by using porosity-dependent FG concrete, with changing porosity voids and material distributions along the pipe radius, as well as uniform and nonuniform radius functions that vary along the beam length. Energy principles are used to generate partial differential equations (PDE) for stability analysis, which are then solved numerically. This study sheds light on the complex behavior of BD-FG structures, and the results can be useful for the design of stable cylindrical microstructures.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Smain Bezzina;Abdelouahed Tounsi
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.3
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pp.373-384
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2023
The main objective of this research work is to present analytical solutions for the thermoelastic bending analysis of sandwich plates made of functionally graded materials with an arbitrary gradient. The governing equations of equilibrium are solved for a functionally graded sandwich plates under the effect of thermal loads. The transverse shear and normal strain and stress effects on thermoelastic bending of such sandwich plates are considered. Field equations for functionally graded sandwich plates whose deformations are governed by either the shear deformation theories or the classical theory are derived. Displacement functions that identically satisfy boundary conditions are used to reduce the governing equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical results for deflections and stresses of functionally graded metal-ceramic plates are investigated.
Chunping Wang;Keming Chen;Abbas Yaseen Naser;H. Elhosiny Ali
Earthquakes and Structures
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v.24
no.2
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pp.127-140
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2023
The vibration of microtubule in human cells is the source of electrical field around it and inside cell structure. The induction of electrical field is a direct result of the existence of dipoles on the surface of the microtubules. Measuring the electrical fields could be performed using nano-scale sensors and the data could be transformed to other computers using internet of things (IoT) technology. Processing these data is feasible by artificial intelligence-based methods. However, the first step in analyzing the vibrational behavior is to study the mechanics of microtubules. In this regard, the vibrational behavior of the microtubules is investigated in the present study. A shell model is utilized to represent the microtubules' structure. The displacement field is assumed to obey first order shear deformation theory and classical theory of elasticity for anisotropic homogenous materials is utilized. The governing equations obtained by Hamilton's principle are further solved using analytical method engaging Navier's solution procedure. The results of the analytical solution are used to train, validate and test of the deep neural network. The results of the present study are validated by comparing to other results in the literature. The results indicate that several geometrical and material factors affect the vibrational behavior of microtubules.
Esen, Ismail;Alazwari, Mashhour A.;Eltaher, Mohamed A;Abdelrahman, Alaa A.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.6
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pp.805-826
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2022
The free and live load-forced vibration behaviour of porous functionally graded (PFG) higher order nanobeams in the thermal and magnetic fields is investigated comprehensively through this work in the framework of nonlocal strain gradient theory (NLSGT). The porosity effects on the dynamic behaviour of FG nanobeams is investigated using four different porosity distribution models. These models are exploited; uniform, symmetrical, condensed upward, and condensed downward distributions. The material characteristics gradation in the thickness direction is estimated using the power-law. The magnetic field effect is incorporated using Maxwell's equations. The third order shear deformation beam theory is adopted to incorporate the shear deformation effect. The Hamilton principle is adopted to derive the coupled thermomagnetic dynamic equations of motion of the whole system and the associated boundary conditions. Navier method is used to derive the analytical solution of the governing equations. The developed methodology is verified and compared with the available results in the literature and good agreement is observed. Parametric studies are conducted to show effects of porosity parameter; porosity distribution, temperature rise, magnetic field intensity, material gradation index, non-classical parameters, and the applied moving load velocity on the vibration behavior of nanobeams. It has been showed that all the analyzed conditions have significant effects on the dynamic behavior of the nanobeams. Additionally, it has been observed that the negative effects of moving load, porosity and thermal load on the nanobeam dynamics can be reduced by the effect of the force induced from the directed magnetic field or can be kept within certain desired design limits by controlling the intensity of the magnetic field.
Turbocharger bearings are under the circumstance of high temperature, moreover rotated at high speed. It is necessary to be designed overcoming the high temperature. So the type of oil inlet port, the inlet oil temperature and the sort of engine oil should be designed, controlled and selected carefully in order to reduce the bearing inside temperature. In this study, the influence of aerated oil on a high-speed journal bearing is also examined by using the classical thermohydrodynamic lubrication theory coupled with analytical models for viscosity and density of air-oil mixture in fluid-film bearing. Convection to the walls and mixing with supply oil and re-circulating oil are considered. The considered parameters for the study of bubbly lubrication are oil inlet port's type, oil aeration level and shaft speed. It is found that the type of oil inlet ports and shaft speed play important roles in determining the temperature and pressure, then the friction and load of journal bearing at high speed operation. Also, the results show that, under extremely high shaft speed, the high shear effects on aerated oil and the high temperature effects are canceled out each other. So, the bearing load and friction show almost no difference between the aerated oil and pure oil.
Turbocharger bearings are under the circumstance of high temperature, moreover rotated at high speed. It is necessary to be designed overcoming the high temperature. So the type of oil inlet port, the inlet oil temperature and the sort of engine oil should be designed, controlled and selected carefully in order to reduce the bearing inside temperature. In this study, the influence of aerated oil on a high-speed journal bearing is also examined by using the classical thermohydrodynamic lubrication theory coupled with analytical models for viscosity and density of air-oil mixture in fluid-film bearing. Convection to the walls and mixing with supply oil and re-circulating oil are considered. The considered parameters for the study of bubbly lubrication are oil inlet port's type, oil aeration level and shaft speed. It is found that the type of oil inlet ports and shaft speed play important roles in determining the temperature and pressure distribution, then the friction in a journal bearing at high speed operation. Also, the results show that, under extremely high shaft speed, the high shear effects on aerated oil and the high temperature effects are canceled out each other. So, the bearing load and friction show almost no difference between the aerated oil and pure oil.
The prediction to the hydroscopic moisture warping behaviors is analyzed for cellulose-based laminates using a numerical method base on a modified classical laminate(MCL) theory for hygroscopic moisture deformations with cycling testing data. The experimental measurement of the interferometric hygroscopic warping effects, moisture generator, and curvature of cellulose reinforced epoxy laminates is studied under cyclic environmental conditions using a Moire interferometer coupled. Accurate determination of curvatures provides a description of dimensional stability evolution; the tools for validation of computational internal stress and for the warpage prediction in model safety.
The present study tackles the problem of forced vibration of imperfect axially functionally graded shell structure with truncated conical geometry. The linear and nonlinear large-deflection of the structure are considered in the mathematical formulation using von-Kármán models. Modified coupled stress method and principle of minimum virtual work are employed in the modeling to obtain the final governing equations. In addition, formulations of classical elasticity theory are also presented. Different functions, including the linear, convex, and exponential cross-section shapes, are considered in the grading material modeling along the thickness direction. The grading properties of the material are a direct result of the porosity change in the thickness direction. Vibration responses of the structure are calculated using the semi-analytical method of a couple of homotopy perturbation methods (HPM) and the generalized differential quadrature method (GDQM). Contradicting effects of small-scale, porosity, and volume fraction parameters on the nonlinear amplitude, frequency ratio, dynamic deflection, resonance frequency, and natural frequency are observed for shell structure under various boundary conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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