Resently, the use of smart structures has been heightened up rapidly. For this issue, vibration analysis related to a graphene nanoplatelet composite (GPLRC) nanodisk which is attached to a piezoelectric layer and is subjected to thermal loads is explored in the current paper. The formulation of this study is obtained through the energy method and nonlocal strain gradient theory, and then it is solved employing generalized differential quadrature method (GDQM). Halpin-Tsai model in addition to the mixture's rule are utilized to capture the material properties related to the reinforced composite layer. The compatibility conditions are presented for exhibiting the perfect bounding between two layers. The results of this study are validated by employing the other published articles. The impact of such parameters as external voltage, the radius ratio, temperature difference, and nonlocality on the vibrational frequency of the system is investigated in detail.
In the present research, for the first time, the vibrational as well as buckling characteristics of a three-layered curved nanobeam including a core made of functionally graded (FG) material and two layers of smart material-piezo-magneto-electric-resting on a Winkler Pasternak elastic foundation are examined. The displacement field for the nanobeam is chosen via Timoshenko beam theory. Also, the size dependency is taken into account by using nonlocal strain gradient theory, aka NSGT. Then, by employing Hamilton's principle, energy procedure, the governing equations together with the boundary conditions are achieved. The solution procedure is a numerical solution called generalized differential quadrature method, or GDQM. The accuracy and reliability of the formulation alongside solution method is examined by using other published articles. Lastly, the parameter which can alter and affect the buckling or vocational behavior of the curved nanobeam is investigated in details.
Yongyong Wang;Qixia Jia;Tingting Deng;H. Elhosiny Ali
Earthquakes and Structures
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v.24
no.2
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pp.111-126
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2023
Highly reliable and versatile methods artificial intelligence (AI) have found multiple application in the different fields of science, engineering and health care system. In the present study, we aim to utilize AI method to investigated vibrations in the human leg bone. In this regard, the bone geometry is simplified as a thick cylindrical shell structure. The deep neural network (DNN) is selected for prediction of natural frequency and critical buckling load of the bone cylindrical model. Training of the network is conducted with results of the numerical solution of the governing equations of the bone structure. A suitable optimization algorithm is selected for minimizing the loss function of the DNN. Generalized differential quadrature method (GDQM), and Hamilton's principle are used for solving and obtaining the governing equations of the system. As well as this, in the results section, with the aid of AI some predictions for improving the behaviors of the various sport systems will be given in detail.
The possibility of energy harvesting as well as vibration of a three-layered beam consisting of two piezoelectric layers and one core layer made of nonpiezoelectric material is investigated using nonlocal strain gradient theory. The three-layered nanobeam is resting on an elastic foundation. Hamilton's principle is used to derive governing equations and associated boundary conditions. The generalized differential quadrature method (GDQM) was used to discretize the equations, and the Newmark beta method was used to solve them. The size-dependency of the elastic foundation is considered using two-phase elasticity. The equations, as well as the solution procedure, are validated utilizing some compassion studies. This work can be a basis for future studies on energy harvesting of small scales.
The main goal of this research is to examine the in-plane and out-of-plane forced vibration of a curved nanocomposite microbeam. The in-plane and out-of-plane displacements of the structure are considered based on the first order shear deformation theory (FSDT). The curved microbeam is reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs) and thus the extended rule of mixture is employed to estimate the effective material properties of the structure. Also, the small scale effect is captured using the strain gradient theory. The structure is rested on a nonlinear orthotropic viscoelastic foundation and is subjected to concentrated transverse harmonic external force, thermal and magnetic loads. The derivation of the governing equations is performed using energy method and Hamilton's principle. Differential quadrature (DQ) method along with integral quadrature (IQ) and Newmark methods are employed to solve the problem. The effect of various parameters such as volume fraction and distribution type of CNTs, boundary conditions, elastic foundation, temperature changes, material length scale parameters, magnetic field, central angle and width to thickness ratio are studied on the frequency and force responses of the structure. The results indicate that the highest frequency and lowest vibration amplitude belongs to FGX distribution type while the inverse condition is observed for FGO distribution type. In addition, the hardening-type response of the structure with FGX distribution type is more intense with respect to the other distribution types.
This research studies thermo-elastic behavior of rotating micro discs that are employed in various micro devices such as micro gas turbines. It is assumed that material is functionally graded with a variable profile thickness, density, shear modulus and thermal expansion in terms of radius of micro disc and as a power law function. Boundary condition is considered fixed-free with uniform thermal loading and elastic field is symmetric. Using incompressible material's constitutive equation, we extract governing differential equation of four orders; to solution this equation, we utilize general differential quadrature (GDQ) method and the results are schematically pictured. The obtained result in a particular case is compared with another work and coincidence of results is shown. We will find out that surface effect tends to split micro disc's area to compressive and tensile while nonlocal parameter tries to converge different behaviors with each other; this convergence feature make FGIMs capable to resist in high temperature and so in terms of thermo-elastic behavior we can suggest, using FGIMs in micro devices such as micro turbines (under glass transition temperature).
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sobhani, Emad;Masoodi, Amir R.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.5
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pp.603-623
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2022
This article is dedicated to predict the natural frequencies of joined conical shell structures made of Functionally Graded Material (FGM). The structure includes two conical segments. The equivalent material properties are found by using the rule of mixture based on Voigt model. In addition, three well-known patterns are employed for distribution of material properties throughout the thickness of the structure. The main objective of the present research is to propose a novel exponential pattern and obtain the related equivalent material properties. Furthermore, the Donnell type shell theory is used to obtain the governing equations of motion. Note that these equations are obtained by employing First-order Shear Deformation Theory (FSDT). In order to discretize the governing system of differential equations, well-known and efficient semi-analytical scheme, namely Generalized Differential Quadrature Method (GDQM), is utilized. Different boundary conditions are considered for various types of single and joined conical shell structures. Moreover, an applicable modification is considered for the continuity conditions at intersection position. In the first step, the proposed formulation is verified by solving some well-known benchmark problems. Besides, some new numerical examples are analyzed to show the accuracy and high capability of the suggested technique. Additionally, several geometric and material parameters are studied numerically.
Mohamed, Salwa;Assie, Amr E.;Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.305-330
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2022
This article aims to investigate the static deflection and stress analysis of bi-directional functionally graded porous plate (BDFGPP) modeled by unified higher order kinematic theories to include the shear stress effects, which not be considered before. Different shear functions are described according to higher order models that satisfy the zero-shear influence at the top and bottom surfaces, and hence refrain from the need of shear correction factor. The material properties are graded through two spatial directions (i.e., thickness and length directions) according to the power law distribution. The porosities and voids inside the material constituent are described by different cosine functions. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equilibrium equation of bi-directional FG porous plate structures. An efficient numerical differential integral quadrature method (DIQM) is exploited to solve the coupled variable coefficients partial differential equations of equilibrium. Problem validation and verification have been proven with previous prestigious work. Numerical results are illustrated to present the significant impacts of kinematic shear relations, gradation indices through thickness and length, porosity type, and boundary conditions on the static deflection and stress distribution of BDFGP plate. The proposed model is efficient in design and analysis of many applications used in nuclear, mechanical, aerospace, naval, dental, and medical fields.
This study investigates the stability and performance of high-resistance badminton nets through the integration of reinforced lightweight materials. By focusing on the structural and economic impacts, the research aims to enhance both the durability and practicality of badminton nets in professional and recreational settings. Using a combination of advanced material engineering techniques and economic analysis, we explore the development of nets constructed from innovative composites. These composites offer improved resistance to environmental factors, such as weather conditions, while maintaining lightweight properties for ease of installation and use. The study employs high-order shear deformation theory and high-order nonlocal theory to assess the mechanical behavior and stability of the nets. Partial differential equations derived from energy-based methodologies are solved using the Generalized Differential Quadrature Method (GDQM), providing detailed insights into the thermal buckling characteristics and overall performance. The findings demonstrate significant improvements in net stability and longevity, highlighting the potential for broader applications in both the sports equipment industry and related economic sectors. By bridging the gap between material science and practical implementation, this research contributes to the advancement of high-performance sports equipment and supports the growth of the sport economy.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.16
no.10
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pp.941-950
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1991
channel is severely degraded by multipath delay time spread. In this paper. We propose a simple multipath delay time detection method, which has a merit of in serviceable, yet simple H/W realizability for $\pi/4$ shift QPSK by detecting cross channel interference. A $\pi/4$ shift QPSK signal originally has quadrature channel(Q-ch) component. Thus in order to measure CCI between in-phase channel(I-ch) and quadrature channel(Q-ch), which closely related to multipath delay time, Frequency doubling scheme(frequency doubler) and differential detector is proposed, which makes $\pi/4$ shift QPSK signal look like BPSK and also makes it possible for CCI to be detected at I-ch detector output. To get an information from time varying I-ch output signal under the multipath lading environment, a method for obtaining the mean of the absolute value$(V_{MABS}(t))$ and another one for obtaining the root mean square value$(V_{RMS}(t))$ of CCI are proposed. Furthermore, a relationship between delay spread and CCI is also analyzed. In order to confirm theoretical results, computer simulation has been carried out under the quasi-static and Reyleigh distributed two ray multipath fading environments. A fairly good result was obtained. However it was also shown that this method is sensitive to bandwidth restriction to some extent. In addition, some idea for a simple hardware realization for the frequency doubler are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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