This research presents an investigation on the thermal buckling resistance of FGM plates having parabolic-concave thickness variation exposed to uniform and gradient temperature change. An analytical formulation is derived and the governing differential equation of thermal stability is solved numerically using finite difference method. A specific function of thickness variation is introduced where it controls the parabolic variation intensity of the thickness without changing the original material volume. The results indicated that the loss ratio in buckling resistance is the same for any gradient temperature profile. Influencing geometrical and material parameters on the loss ratio in the thermal resistance buckling are investigated which may help in design guidelines of such complex structures.
TZP/SUS- and ZT/SUS-functionally gradient materials (FGM) were fabricated by pressureless sintering in Ar-atmosphere. The sintering defects such as warping, frustrum formation, splitting and cracking which originated from shrinkage and sintering behaviors of metal and ceramics different from each other could be controlled by the adjustment with respect to the particle size and phase type of zirconia. The residual stresses generated on the metal and ceramic regions in FGM were characterized with X-ray diffraction method, and relaxed as the thickness and number of compositional gradient layer were increased. The residual stress states in TZP/SUS-FGM have irregular patterns by means of the different sintering behavior and cracking at ceramic-monolith. While in ZT/SUS-FGM, compressive stress is induced on ceramic-monolith by the volume expansion of monoclinic ZrO2 at phase transformation. Also, compressive stress is induced on metal-monolith by the constraint of warping which may be created to the metal direction by the difference of coefficient of thermal expansions. As a consequence, it has been verified that the residual stress generated on FGM is dominantly influenced by the thickness and number of compositional gradient layer, and the sintering defects and residual stress can be controlled by the constraint of the difference of shrinkage and sintering behaviors of each component.
Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bessaim, Aicha;Bernard, Fabrice;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Steel and Composite Structures
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제28권1호
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pp.13-24
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2018
A size-dependent novel hyperbolic shear deformation theory of simply supported functionally graded beams is presented in the frame work of the non-local strain gradient theory, in which the stress accounts for only the nonlocal strain gradients stress field. The thickness stretching effect (${\varepsilon}_z{\neq}0$) is also considered here. Elastic coefficients and length scale parameter are assumed to vary in the thickness direction of functionally graded beams according to power-law form. The governing equations are derived using the Hamilton principle. The closed-form solutions for exact critical buckling loads of nonlocal strain gradient functionally graded beams are obtained using Navier's method. The derived results are compared with those of strain gradient theory.
In the present article, functionally graded small-scaled plates based on modified strain gradient theory (MSGT) are studied for analyzing the nonlinear bending and post-buckling responses. Von-Karman's assumptions are applied to incorporate geometric nonlinearity and the first-order shear deformation theory is used to model the plates. Modified strain gradient theory includes three length scale parameters and is reduced to the modified couple stress theory (MCST) and the classical theory (CT) if two or all three length scale parameters become zero, respectively. The Ritz method with Legendre polynomials are used to approximate the unknown displacement fields. The solution is found by the minimization of the total potential energy and the well-known Newton-Raphson technique is used to solve the nonlinear system of equations. In addition, numerical results for the functionally graded small-scaled plates are obtained and the effects of different boundary conditions, material gradient index, thickness to length scale parameter and length to thickness ratio of the plates on nonlinear bending and post-buckling responses are investigated and discussed.
Asrari, Reza;Ebrahimi, Farzad;Kheirikhah, Mohammad Mahdi
Structural Engineering and Mechanics
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제75권6호
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pp.659-674
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2020
The present paper employs nonlocal strain gradient theory (NSGT) to study buckling behavior of functionally graded magneto-electro-thermo-elastic (FG-METE) nanoshells under various physical fields. NSGT modeling of the nanoshell contains two size parameters, one related to nonlocal stress field and another related to strain gradients. It is considered that mechanical, thermal, electrical and magnetic loads are exerted to the nanoshell. Temperature field has uniform and linear variation in nanoshell thickness. According to a power-law function, piezo-magnetic, thermal and mechanical properties of the nanoshell are considered to be graded in thickness direction. Five coupled governing equations have been obtained by using Hamilton's principle and then solved implementing Galerkin's method. Influences of temperature field, electric voltage, magnetic potential, nonlocality, strain gradient parameter and FG material exponent on buckling loads of the FG-METE nanoshell have been studied in detail.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, AMS
Steel and Composite Structures
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제36권1호
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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.
Messai, Abderraouf;Fortas, Lahcene;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Structural Engineering and Mechanics
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제81권4호
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pp.461-479
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2022
A finite element method analysis framework is introduced for the free vibration analyses of functionally graded porous beam structures by employing two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of various structural parameters such as the dispersion patterns of GPL reinforcements and porosity, thickness ratio, boundary conditions, nonlocal scale parameter and strain gradient parameters. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams.
Rad, A. Behravan;Farzan-Rad, M.R.;Majd, K. Mohammadi
Structural Engineering and Mechanics
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제64권5호
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pp.591-610
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2017
This paper is concerned with the static analysis of variable thickness of two directional functionally graded porous materials (FGPM) circular plate resting on a gradient hybrid foundation (Horvath-Colasanti type) with friction force and subjected to compound mechanical loads (e.g., transverse, in-plane shear traction and concentrated force at the center of the plate).The governing state equations are derived in terms of displacements based on the 3D theory of elasticity, assuming the elastic coefficients of the plate material except the Poisson's ratio varying continuously throughout the thickness and radial directions according to an exponential function. These equations are solved semi-analytically by employing the state space method (SSM) and one-dimensional differential quadrature (DQ) rule to obtain the displacements and stress components of the FGPM plate. The effect of concentrated force at the center of the plate is approximated with the shear force, uniformly distributed over the inner boundary of a FGPM annular plate. In addition to verification study and convergence analysis, numerical results are displayed to show the effect of material heterogeneity indices, foundation stiffness coefficients, foundation gradient indices, loads ratio, thickness to radius ratio, compressibility, porosity and friction coefficient of the foundation on the static behavior of the plate. Finally, the responses of FG and FG porous material circular plates to compound mechanical loads are compared.
Abdulaziz Saud Khider;Ali Aalsaud;Nadhim M. Faleh;Abeer K. Abd;Mamoon A.A. Al-Jaafari;Raad M. Fenjan
Steel and Composite Structures
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제50권1호
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pp.15-24
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2024
This research presents dynamical reaction investigation of pore-dependent and nano-thickness beams having functional gradation (FG) constituents exposed to a movable particle. The nano-thickness beam formulation has been appointed with the benefits of refined high orders beam paradigm and nonlocal strain gradient theory (NSGT) comprising two scale moduli entitled nonlocality and strains gradient modulus. The graded pore-dependent constituents have been designed through pore factor based power-law relations comprising pore volumes pursuant to even or uneven pore scattering. Therewith, variable scale modulus has been thought-out until process a more accurate designing of scale effects on graded nano-thickness beams. The motion equations have been appointed to be solved via Ritz method with the benefits of Chebyshev polynomials in cosine form. Also, Laplace transform techniques help Ritz-Chebyshev method to obtain the dynamical response in time domain. All factors such as particle speed, pores and variable scale modulus affect the dynamical response.
Here, the dynamic instability characteristics of aero-thermo-mechanically stressed functionally graded plates are investigated using finite element procedure. Temperature field is assumed to be a uniform distribution over the plate surface and varied in thickness direction only. Material properties are assumed to be temperature dependent and graded in the thickness direction according to simple power law distribution. For the numerical illustrations, silicon nitride/stainless steel is considered as functionally graded material. The aerodynamic pressure is evaluated based on first-order high Mach number approximation to the linear potential flow theory. The boundaries of the instability region are obtained using the principle of Bolotin's method and are conveniently represented in the non-dimensional excitation frequency-load amplitude plane. The variation dynamic instability width is highlighted considering various parameters such as gradient index, temperature, aerodynamic and mechanical loads, thickness and aspect ratios, and boundary condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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