This work aims to present a solution for the buckling behavior of perforated nano/microbeams with deformable boundary conditions using nonlocal strain gradient theory (NLSGT). For the first time, a solution that can provide buckling loads based on the non-local and strain gradient effects of perforated nanostructures on an elastic foundation, while taking into account both deformable and rigid boundary conditions. Stokes' transformation and Fourier series are used to realize this aim and determine the buckling loads under various boundary conditions. We employ the NLSGT to account for size-dependent effects and utilize the Winkler model to formulate the elastic foundation. The buckling behavior of the perforated nano/microbeams restrained with lateral springs at both ends is studied for various parameters such as the number of holes, the length and filling ratio of the perforated beam, the internal length, the nonlocal parameter and the dimensionless foundation parameter. Our results indicate that the number of holes and filling ratio significantly affect the buckling response of perforated nano/microbeams. Increasing the filling ratio increases buckling loads, while increasing the number of holes decreases buckling loads. The effects of the non-local and internal length parameters on the buckling behavior of the perforated nano/microbeams are also discussed. These material length parameters have opposite effects on the variation of buckling loads. This study presents an effective eigenvalue solution based on Stokes' transformation and Fourier series of the restrained nano/microbeams under the effects of elastic medium, perforation parameters, deformable boundaries and nonlocal strain gradient elasticity for the first time.
This work treats the axisymmetric buckling of functionally graded (FG) porous annular/circular nanoplates based on modified couple stress theory (MCST). The nanoplate is located at the elastic medium which is simulated by Kerr foundation with two spring and one shear layer. The material properties of the porous FG nanostructure are assumed to vary through the nanoplate thickness based on power-law rule. Based on two variables refined plate theory, the governing equations are derived by utilizing Hamilton's principle. Applying generalized differential quadrature method (GDQM), the buckling load of the annular/circular nanoplates is obtained for different boundary conditions. The influences of different involved parameters such as boundary conditions, Kerr medium, material length scale parameter, geometrical parameters of the nanoplate, FG power index and porosity are demonstrated on the nonlinear buckling load of the annular/circular nanoplates. The results indicate that with increasing the porosity of the nanoplate, the nonlinear buckling load is decreased. In addition, with increasing the material length scale parameter to thickness ratio, the effect of spring constant of Kerr foundation on the buckling load becomes more prominent. The present results are compared with those available in the literature to validate the accuracy and reliability. A good agreement is observed between the two sets of the results.
In this paper, we investigated the propagation of surface waves in a nonhomogeneous rotating fibre-reinforced viscoelastic anisotropic media of higher order of nth order including time rate of strain. The general surface wave speed is derived to study the effect of rotation on surface waves. Particular cases for Stoneley, Love and Rayleigh waves are discussed. The results obtained in this investigation are more general in the sense that some earlier published results are obtained from our result as special cases. Also results for homogeneous media can be deduced from this investigation. For order zero our results are well agreed to fibre-reinforced materials. Also by neglecting the reinforced elastic parameters, the results reduce to well known isotropic medium. It is also observed that, surface waves cannot propagate in a fast rotating medium. Comparison was made with the results obtained in the presence and absence of rotation and parameters for fibre-reinforced of the material medium Numerical results are given and illustrated graphically. The results indicate that the effect of rotation and parameters for fibre-reinforced of the material are very pronounced.
The dynamic response of buried pipelines has gained considerable importance because these pipelines perform vital role in conducting energy, water, communication and transportation. After realizing the magnitude of damage, and hence, the human uncomfort and the economical losses, researchers have paid sincere attention to this problem. A number of papers have appeared in the past which discuss the different aspects of the problem. This paper presents a theoretical analysis of non-axisymmetric dynamic response of buried orthotropic cylindrical shell subjected to a moving load along the axis of the shell. The orthotropic shell has been buried in a homogeneous, isotropic and elastic medium of infinite extent. A thick shell theory including the effects of rotary inertia and shear deformation has been used. A perfect bond between the shell and the surrounding medium has been assumed. Results have been obtained for very hard (rocky), medium hard and soft soil surrounding the shell. The effects of shell orthotropy have been brought out by varying the non-dimensional orthotropic parameters over a long range. Under these conditions the shell response is studied in axisymmetric mode as well as in the flexural mode. It is observed that the shell response is significantly affected by change in orthotropic parameters and also due to change of response mode. It is observed that axial deformation is large in axisymmetric mode as compared to that in flexural mode.
Cancan Liu;Jiangong Yu;Bo Zhang;Xiaoming Zhang;Xianhui Wang
Advances in nano research
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v.14
no.5
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pp.463-474
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2023
The purpose of this paper is to present the analysis of propagating and evanescent waves in functionally graded (FG) nanoplates with the consideration of nonlocal effect. The analytical integration nonlocal stress expansion Legendre polynomial method is proposed to obtain complete dispersion curves in the complex domain. Unlike the traditional Legendre polynomial method that expanded the displacement, the presented polynomial method avoids employing the relationship between local stress and nonlocal stress to construct boundary conditions. In addition, the analytical expressions of numerical integrations are presented to improve the computational efficiency. The nonlocal effect, inhomogeneity of medium and their interactions on wave propagation are studied. It is found that the nonlocal effect and inhomogeneity of medium reduce the frequency bandwidth of complex evanescent Lamb waves, and make complex evanescent Lamb waves have a higher phase velocity at low attenuation. The occurrence of intersections of propagating Lamb wave in the nonlocal homogeneous plate needs to satisfy a smaller Poisson's ratio condition than that in the classical elastic theory. In addition, the inhomogeneity of medium enhances the nonlocal effect. The conclusions obtained can be applied to the design and dynamic response evaluation of composite nanostructures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.4
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pp.213-221
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2013
This paper introduces a mesh continuation scheme for a one-dimensional inverse medium problem to reconstruct the spatial distribution of elastic wave velocities in heterogeneous semi-infinite solid domains. To formulate the inverse problem, perfectly-matched-layers(PMLs) are introduced as wave-absorbing boundaries that surround the finite computational domain truncated from the originally semi-infinite extent. To tackle the inverse problem in the PML-truncated domain, a partial-differential-equations(PDE)-constrained optimization approach is utilized, where a least-squares misfit between calculated and measured surface responses is minimized under the constraint of PML-endowed wave equations. The optimization problem iteratively solves for the unknown wave velocities with their updates calculated by Fletcher-Reeves conjugate gradient algorithms. The optimization is performed using a mesh continuation scheme through which the wave velocity profile is reconstructed in successively denser mesh conditions. Numerical results showed the robust performance of the mesh continuation scheme in reconstructing target wave velocity profile in a layered heterogeneous solid domain.
In recent years, study of the static response of pavements to moving vehicle and aircraft loads has received significant attention because of its relevance to the design of pavements and airport runways. The static response of beams resting on an elastic foundation and subjected to moving loads was studied by several researchers in the past. However, most of these studies were limited to steady-state analytical solutions for infinitely long beams resting on Winkler-type elastic foundations. Although the modelling of subgrade as a continuum is more accurate, such an approach can hardly be incorporated in analysis due to its complexity. In contrast, the two-parameter foundation model provides a better way for simulating the underlying soil medium and is conceptually more appealing than the one-parameter (Winkler) foundation model. The finite element method is one of the most suitable mathematical tools for analysing rigid pavements under moving loads. This paper presents an improved solution algorithm based on the finite element method for the static analysis of rigid pavements under moving vehicular or aircraft loads. The concrete pavement is discretized by finite and infinite beam elements, with the latter for modelling the infinity boundary conditions. The underlying soil medium is modelled by the Pasternak model allowing the shear interaction to exist between the spring elements. This can be accomplished by connecting the spring elements to a layer of incompressible vertical elements that can deform in transverse shear only. The deformations and forces maintaining equilibrium in the shear layer are considered by assuming the shear layer to be isotropic. A parametric study is conducted to investigate the effect of the position of moving loads on the response of pavement.
In order to make reliable ground shock predictions in saturated geological media, it is necessary to use multi -phase material models and numerical codes. This paper presents the results of theoretical study of the fundamental behavior of multi-phase porous media subjected to high dynanlic loadings, and deals with the development of numerical code MPDAP with JWL(Jones-Wilkins-Lee) model, which is capable of considering the kinds and characters of explosives. To check the global equilhorium equations of the numerical code, we carried out some verifications. In the cases of the elastic spherical wave propagation in a single phase medium, one-dimensional linear ronsolidation, and one timensional wave propagation in saturated linear elastic soils and rocks, the results calculated by MPDAP show close agreement with closed-form solutions or numerical solutions generated with two phase code.
The use of shape memory alloys (SMAs) has been seriously considered in seismic engineering due to their capabilities, such as the ability to tolerate cyclic deformations and dissipate energy. Five 3-D extended end-plate connection models have been created, including one conventional connection and four connections with Nitinol bolts of four different prestress forces. Their cyclic behaviors have been investigated using the finite element method software ANSYS. Subsequently, the moment-rotation responses of the connections have been derived by subjecting them to cyclic loading based on SAC protocol. The results obtained in this research indicate that the conventional connections show residual deformations despite their high ductility and very good energy dissipation; therefore, they cannot be repaired after loading. However, while having good energy dissipation and high ductility, the connections equipped with Nitinol bolts have good recentering capability. Moreover, a connection with the mentioned specifications has been modeled, except that only the external bolts replaced with SMA bolts and assessed for seismic loading. The suggested connection shows high ductility, medium energy dissipation and very good recentering. The main objective of this research is to concentrate the deformations caused by cyclic loading on the connection in order to form super-elastic hinge in the connection by the deformations of the shape memory alloy bolts.
A smart hollow cylinder consisting of a host functionally graded elastic core layer and two surface homogeneous piezoelectric layers is presented in this paper. The bonding between the layers can be perfect or imperfect, depending on the parameters taken in the general linear spring-layer interface model. The effect of such weak interfaces on free vibration and steady-state response is then investigated. Piezoelectric layers at inner and outer surfaces are polarized axially or radially and act as a sensor and an actuator respectively. For a simply supported condition, the state equations with non-constant coefficients are obtained directly from the formulations of elasticity/piezoelasticity. An approximate laminated model is then introduced for the sake of solving the state equations conveniently. It is further assumed that the hollow cylinder is embedded in an elastic medium and is simultaneously filled with compressible fluid. The interaction between the structure and its surrounding media is taken into account. Numerical examples are finally given with discussions on the effect of some related parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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