The main objective of this paper is to study the effect of porosity on the buckling behavior of thick functionally graded sandwich plate resting on various boundary conditions under different in-plane loads. The formulation is made for a newly developed sandwich plate using a functional gradient material based on a modified power law function of symmetric and asymmetric configuration. Four different porosity distribution are considered and varied in accordance with material propriety variation in the thickness direction of the face sheets of sandwich plate, metal foam also is considered in this study on the second model of sandwich which containing metal foam core and FGM face sheets. New quasi-3D high shear deformation theory is used here for this investigate; the present kinematic model introduces only six variables with stretching effect by adopting a new indeterminate integral variable in the displacement field. The stability equations are obtained by Hamilton's principle then solved by generalized solution. The effect of Pasternak and Winkler elastic foundations also including here. the present model validated with those found in the open literature, then the impact of different parameters: porosities index, foam cells distribution, boundary conditions, elastic foundation, power law index, ratio aspect, side-to-thickness ratio and different in-plane axial loads on the variation of the buckling behavior are demonstrated.
Shariati, Ali;Barati, Mohammad Reza;Ebrahimi, Farzad;Toghroli, Ali
Advances in nano research
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v.8
no.3
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pp.191-202
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2020
The article brings the study of nonlocal, surface and the couple stress together to apparent the frequency retaliation of FG nanobeams (Functionally graded). For the examination of frequency retaliation, the article considers the accurate spot of neutral axis. This article aims to enhance the coherence of proposed model to accurately encapsulate the significant effects of the nonlocal stress field, size effects together with material length scale parameters. These considered parameters are assimilated through what are referred to as modified couple stress as well as nonlocal elasticity theories, which encompasses the stiffness-hardening and softening influence on the nanobeams frequency characteristics. Power-law distribution is followed by the functional gradation of the material across the beam width in the considered structure of the article. Following the well-known Hamilton's principle, fundamental basic equations alongside their correlated boundary conditions are solved analytically. Validation of the study is also done with published result. Distinct parameters (such as surface energy, slenderness ratio, as nonlocal material length scale and power-law exponent) influence is depicted graphically following the boundary conditions on non-dimensional FG nanobeams frequency.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad Nawaz;Khan, Muhammad Shabaz;Tounsi, Abdelouahed
Computers and Concrete
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v.25
no.5
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pp.411-425
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2020
In this paper, the shell material has been taken as functionally graded material and their material quantity is located by the exponential volume fraction law. Moreover, the impact of ring supports around the shell circumference has been examined for their various positions along the shell axial length. These rings support restraints the radial displacement in the transverse direction. While the axial modal deformation functions have been estimated by characteristic beam functions and nature of materials used for construction of cylindrical shells. The fundamental natural frequency of cylindrical shell of parameter versus ratios of length- and height-to-radius for a wide range has been reported and investigated through the study. In addition, by increasing height-to-radius ratio resulting frequencies also increase and frequencies decrease on ratio of length-to-radius. Though the trends of frequency values of both ratios are converse to each other with three different boundary conditions. Also it is examined the position of ring supports with length-to radius ratio, height-to-radius ratio and varying the exponent of volume fraction. MATLAB software package has been utilized for extracting shell frequency spectra. The obtained results are confirmed by comparing with available literature.
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.
In this study, the natural frequencies of Functional Graded Materials (FGM) plates are predicted using Artificial Neural Network (ANN). A model based on Third-order Shear Deformation Theory (TSDT) and FEM is used to train the ANN model. Different training methods are tested to simulate input and output dependency. As this is a parametric model, several architectures and optimization algorithms were tested. The proposed model allows us to minimize the CPU time to evaluate candidate material properties for FGM plate material selection and demonstrate their influence on dynamic behavior. Consequently, the time required for the FGM design process (candidate materials for material selection) and the geometric optimization of the FGM structure would remain reasonable. The ANN model can help industries to produce FGM plates with good mechanical properties of the selected materials. I addition, this model can be used to directly predict vibration behavior by testing a large number of FGM plates, representing all possible combinations of metals and ceramics in today's industry, without having to solve any eigenvalue problems.
Khaled Mohamed Khedher;Shahzad Ali Chattah;Mohammad Amien Khadimallah;Ikram Ahmad;Muzamal Hussain;Rana Muhammad Akram Muntazir;Mohamed Abdelaziz Salem;Ghulam Murtaza;Faisal Al-Thobiani;Muhammad Naeem Mohsin;Abeera Talib;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.16
no.6
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pp.565-577
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2024
Vibration investigation of fluid-filled functionally graded cylindrical shells with ring supports is studied here. Shell motion equations are framed first order shell theory due to Sander. These equations are partial differential equations which are usually solved by approximate technique. Robust and efficient techniques are favored to get precise results. Employment of the Rayleigh-Ritz procedure gives birth to the shell frequency equation. Use of acoustic wave equation is done to incorporate the sound pressure produced in a fluid. Hankel's functions of second kind designate the fluid influence. Mathematically the integral form of the Langrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. A cylindrical shell is immersed in a fluid which is a non-viscous one. These shells are stiffened by rings in the tangential direction. For isotropic materials, the physical properties are same everywhere where the laminated and functionally graded materials, they vary from point to point. Here the shell material has been taken as functionally graded material. After these, ring supports are located at various positions along the axial direction round the shell circumferential direction. The influence of the ring supports is investigated at various positions. Effect of ring supports with empty and fluid-filled shell is presented using the Rayleigh - Ritz method with simply supported condition. The frequency behavior is investigated with empty and fluid-filled cylindrical shell with ring supports versus circumferential wave number and axial wave number. Also the variations have been plotted against the locations of ring supports for length-to-radius and height-to-radius ratio. Moreover, frequency pattern is found for the various position of ring supports for empty and fluid-filled cylindrical shell. The frequency first increases and gain maximum value in the midway of the shell length and then lowers down. It is found that due to inducting the fluid term frequency result down than that of empty cylinder. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the surfaces with stainless steel and nickel as a constituent material. To generate the fundamental natural frequencies and for better accuracy and effectiveness, the computer software MATLAB is used.
A numerical study is performed to investigate the impacts of thermal loading on the vibration and buckling of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) conical shells. Thermo-mechanical properties of constituents are considered to be temperature-dependent. Considering the shear deformation theory, the energy functional is derived, and applying the variational differential quadrature (VDQ) method, the mass and stiffness matrices are obtained. The shear correction factors are accurately calculated by matching the shear strain energy obtained from an exact three-dimensional distribution of the transverse shear stresses and shear strain energy related to the first-order shear deformation theory. Numerical results reveal that considering temperature-dependent material properties plays an important role in predicting the thermally induced vibration of FG-CNTRC conical shells, and neglecting this effect leads to considerable overestimation of the stiffness of the structure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.04a
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pp.225-231
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1996
The dense graded asphalt concrete materials have been used for construction of pavement for a long time. The performance of asphalt concrete pavement, however, is influenced by various factors including high temperature and heavy axle loads which cause plastic deformation. The plastic deformation is one of the main functional disadvantages of flexble pavement. In this study, the semi-rigid pavement is considered to solve the problem. A set of experimental evaluation on semi-rigid pavement material has been coducted in laboratory to obtain it's physical properties and serviceabilities. The results of tests, including compressive strength, flexural strength, ravelling and wheel tracking, show that the semi-rigid pavement has a good mechanical properties and serviceabilities. Consequently, the semi-rigid pavement may be suitable to bridge deck, tunnel, slow lane and parking area pavements.
Liu, Shouhua;Yu, Jikun;Ali, H. Elhosiny;Al-Masoudy, Murtadha M.
Advances in nano research
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v.13
no.5
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pp.427-435
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2022
Static stability behaviors of annular sandwich plates constructed from two layers of particle-reinforced nanocomposites have been investigated in the present article. The type of nanoscale particles has been considered to be graphene oxide powders (GOPs). The particles are assumed to have uniform and graded dispersions inside the matrix and the material properties have been defined according to Halpin-Tsai micromechanical model. The core layer is assumed to have honeycomb configuration. Annular plate has been formulated according to thin shell assumptions considering geometrical nonlinearities. After solving the governing equations via Galerkin's technique, it is showed that the post-buckling curves of annular sandwich plates rely on the core wall thickness, amount of GOP particles, sector radius, and thickness of layers.
In this study, the nonlinear vibration analysis of the composite nanoplate is studied. The composite nanoplate is fabricated by the functional graded (FG) core and lipid face sheets. The material properties in the FG core vary in three directions. The Kelvin-Voigt model is used to study the viscoelastic effect of the lipid layers. By using the Von-Karman assumptions, the nonlinear differential equation of the vibration analysis of the composite nanoplate is obtained. The foundation of the system is modeled by the nonlinear Pasternak foundation. The Bubnov-Galerkin method and the multiple scale method are used to solve the nonlinear differential equation of the composite nanoplate. The free and force vibration analysis of the composite nanoplate are studied. A comparison between the presented results and the reported results is done and good achievement is obtained. The reported results are verified by the results which are obtained by the Runge-Kutta method. The effects of different parameters on the nonlinear vibration frequencies, the primary, the super harmonic and subharmonic resonance cases are investigated. This work will be useful to design the nanosensors with high biocompatibility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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