This paper studies nonlinear stability behavior of a nanocrystalline silicon curved nanoshell considering strain gradient size-dependency. Nanocrystallines are composite materials with an interface phase and randomly distributed nano-size grains and pores. Imperfectness of the curved nanoshell has been defined based on an initial deflection. The formulation of nanocrystalline nanoshell has been established by thin shell theory and an analytical approach has been used in order to solve the buckling problem. For accurately describing the size effects related to nano-grains or nano-pores, their surface energies have been included. Nonlinear stability curves of the nanoshell are affected by the size of nano-grain, curvature radius and nano-pore volume fraction. It is found that increasing the nano-pore volume fraction results in lower buckling loads.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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v.36
no.1
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pp.63-74
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2020
The present research investigates post-buckling behavior of geometrically imperfect tapered curved micro-panels made of graphene oxide powder (GOP) reinforced composite. Micro-scale effects on the panel structure have been included based on strain gradient elasticity. Micro-panel is considered to be tapered based on thickness variation along longitudinal direction. Weight fractions of uniformly and linearly distributed GOPs are included in material properties based on Halpin-Tsai homogenization scheme considering. Post-buckling curves have been determined based on both perfect and imperfect micro-panel assumptions. It is found that post-buckling curves are varying with the changes of GOPs weight fraction, geometric imperfection, GOP distribution type, variable thickness parameters, panel curvature radius and strain gradient.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad;Arani, M.R. Ghorbanpour
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.4
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pp.439-455
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2019
This research deals with thermo-electro-mechanical buckling analysis of the sandwich nano-beams with face-sheets made of functionally graded carbon nano-tubes reinforcement composite (FG-CNTRC) based on the nonlocal strain gradient elasticity theory (NSGET) considering various higher-order shear deformation beam theories (HSDBT). The sandwich nano-beam with FG-CNTRC face-sheets is subjected to thermal and electrical loads while is resting on Pasternak's foundation. It is assumed that the material properties of the face-sheets change continuously along the thickness direction according to different patterns for CNTs distribution. In order to include coupling of strain and electrical field in equation of motion, the nonlocal non-classical nano-beam model contains piezoelectric effect. The governing equations of motion are derived using Hamilton principle based on HSDBTs and NSGET. The differential quadrature method (DQM) is used to calculate the mechanical buckling loads of sandwich nano-beam as well as critical voltage and temperature rising. After verification with validated reference, comprehensive numerical results are presented to investigate the influence of important parameters such as various HSDBTs, length scale parameter (strain gradient parameter), the nonlocal parameter, the CNTs volume fraction, Pasternak's foundation coefficients, various boundary conditions, the CNTs efficiency parameter and geometric dimensions on the buckling behaviors of FG sandwich nano-beam. The numerical results indicate that, the amounts of the mechanical critical load calculated by PSDBT and TSDBT approximately have same values as well as ESDBT and ASDBT. Also, it is worthy noted that buckling load calculated by aforementioned theories is nearly smaller than buckling load estimated by FSDBT. Also, similar aforementioned structure is used to building the nano/micro oscillators.
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.
Khadir, Adnan I.;Daikh, Ahmed Amine;Eltaher, Mohamed A.
Advances in nano research
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v.11
no.6
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pp.621-640
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2021
Effect of thickness stretching on mechanical behavior of functionally graded (FG) carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) laminated nanoplates resting on elastic foundation is analyzed in this paper using a novel quasi 3D higher-order shear deformation theory. The key feature of this theoretical formulation is that, in addition to considering the thickness stretching effect, the number of unknowns of the displacement field is reduced to four, and which is more than five in the other models. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are the reinforced elements and are distributed with four power-law functions which are, uniform distribution, V-distribution, O-distribution and X-distribution. To cover various boundary conditions, an analytical solution is developed based on Galerkin method to solve the governing equilibrium equations by considering the nonlocal strain gradient theory. A modified two-dimensional variable Winkler elastic foundation is proposed in this study for the first time. A parametric study is executed to determine the influence of the reinforcement patterns, power-law index, nonlocal parameter, length scale parameter, thickness and aspect ratios, elastic foundation, thermal environments, and various boundary conditions on stresses, displacements, buckling loads and frequencies of the CNTRC laminated nanoplate.
In the present research, wave propagation characteristics of a rotating FG nanobeam undergoing rotation is studied based on nonlocal strain gradient theory. Material properties of nanobeam are assumed to change gradually across the thickness of nanobeam according to Mori-Tanaka distribution model. The governing partial differential equations are derived for the rotating FG nanobeam by applying the Hamilton's principle in the framework of Euler-Bernoulli beam model. An analytical solution is applied to obtain wave frequencies, phase velocities and escape frequencies. It is observed that wave dispersion characteristics of rotating FG nanobeams are extremely influenced by angular velocity, wave number, nonlocal parameter, length scale parameter, temperature change and material graduation.
Physical activities enhance blood flow in the vessels, which may increase the quality of medicine delivery. The emergence of revolutionary technologies such as nanoscience, made it possible to treat the incurable illnesses such as cancer. This paper investigates the impact of sport and physical exercises on the quality and quantity of the drug-delivery based on the mathematical modeling of a nanomotor made by nanotubes carrying the nano-drug capsules. Accordingly, the mathematical equations of rotating nanomotor are generated by considering the both of higher-order beam model and nonlocal strain gradient model, as a comprehensive continuum theory. Next, through the generalized differential quadrature together with Newmark-beta methods, the differential relations are discretized and solved. Finally, the impact of varied parameters on the dynamical behavior of the nanomotor is examined in detail. The outcomes of this investigation can be useful to achieve an excellent design of nanomotors carrying nano-drugs.
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.
In this study, free vibration of functionally graded (FG) micro/nanobeams based on nonlocal third-order shear deformation theory and under different boundary conditions is investigated by applying the differential quadrature method. Third-order shear deformation theory can consider the both small-scale effects and quadratic variation of shear strain and hence shear stress along the FG nanobeam thickness. The governing equations are obtained by using the Hamilton's principle, based on third-order shear deformation beam theory. The differential quadrature (DQ) method is used to discretize the model and attain the natural frequencies and mode shapes. The properties of FG micro/nanobeam are assumed to be chanfged along the thickness direction based on the simple power law distribution. The effects of various parameters such as the nonlocal parameter, gradient index, boundary conditions and mode number on the vibration characteristics of FG micro/nanobeams are discussed in detail.
Tohidi, H.;Hosseini-Hashemi, S.H.;Maghsoudpour, A.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.5
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pp.527-546
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2018
This article presents an analysis into the nonlinear forced vibration of a micro cylindrical shell reinforced by carbon nanotubes (CNTs) with considering agglomeration effects. The structure is subjected to magnetic field and transverse harmonic mechanical load. Mindlin theory is employed to model the structure and the strain gradient theory (SGT) is also used to capture the size effect. Mori-Tanaka approach is used to estimate the equivalent material properties of the nanocomposite cylindrical shell and consider the CNTs agglomeration effect. The motion equations are derived using Hamilton's principle and the differential quadrature method (DQM) is employed to solve them for obtaining nonlinear frequency response of the cylindrical shells. The effect of different parameters including magnetic field, CNTs volume percent and agglomeration effect, boundary conditions, size effect and length to thickness ratio on the nonlinear forced vibrational characteristic of the of the system is studied. Numerical results indicate that by enhancing the CNTs volume percent, the amplitude of system decreases while considering the CNTs agglomeration effect has an inverse effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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