In this disquisition, an exact solution method is developed for analyzing the vibration characteristics of magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) beams by considering porosity distribution and various boundary conditions via a four-variable shear deformation refined beam theory for the first time. Magneto-electroelastic properties of porous FG beam are supposed to vary through the thickness direction and are modeled via modified power-law rule which is formulated using the concept of even and uneven porosity distributions. Porosities possibly occurring inside functionally graded materials (FGMs) during fabrication because of technical problem that lead to creation micro-voids in FG materials. So, it is necessary to consider the effect of porosities on the vibration behavior of MEE-FG beam in the present study. The governing differential equations and related boundary conditions of porous MEE-FG beam subjected to physical field are derived by Hamilton's principle based on a four-variable tangential-exponential refined theory which avoids the use of shear correction factor. An analytical solution procedure is used to achieve the natural frequencies of porous-FG beam supposed to magneto-electrical field which satisfies various boundary conditions. A parametric study is led to carry out the effects of material graduation exponent, porosity parameter, external magnetic potential, external electric voltage, slenderness ratio and various boundary conditions on dimensionless frequencies of porous MEE-FG beam. It is concluded that these parameters play noticeable roles on the vibration behavior of MEE-FG beam with porosities. Presented numerical results can be applied as benchmarks for future design of MEE-FG structures with porosity phases.
In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
By employing a quasi-3D plate formulation, the present research studies static stability of magneto-electro-thermo-elastic functional grading (METE-FG) nano-sized plates. Accordingly, influences of shear deformations as well as thickness stretching have been incorporated. The gradation of piezo-magnetic and elastic properties of the nano-sized plate have been described based on power-law functions. The size-dependent formulation for the nano-sized plate is provided in the context of nonlocal elasticity theory. The governing equations are established with the usage of Hamilton's rule and then analytically solved for diverse magnetic-electric intensities. Obtained findings demonstrate that buckling behavior of considered nanoplate relies on the variation of material exponent, electro-magnetic field, nonlocal coefficient and boundary conditions.
In this paper, we established the generalized thermoelasticity phenomenon in an isotropic elastic medium considering the electromagnetic field, rotation and two-temperature. Three theories of generalized thermoelasticity have been applied: Lord-Shulman (one relaxation time), Green-Lindsay (two relaxation times), as well as the coupled theory. We discussed some particular cases in the context of the wave propagation phenomenon in thermoelasticity. From solving the fundamental equations, we arrived that there are three waves: P-, T- and SV-waves that we calculated their velocities. The boundary conditions for mechanical stress and Maxwell's stress and thermal insulated or isothermal have been applied to determine the amplitudes ratios (reflection coefficients) for P-, T - and SV waves. Some utilitarian aspects are obtained from the reflection coefficients, presented graphically, and the new conclusions have been presented. Comparisons are made for the results predicted by different theories (CT, LS, GL) in the absence and presence of the electro-magnetic field, rotation, as well as two-temperature on the reflection of generalized thermoelastic waves. The results obtained concluded that the external parameters as the angle of incidence, electromagnetic field, rotation as well as the theories parameters have strong effect on the phenomenon.
In this study, the free and forced vibration analysis of micro sandwich plate with porous core layer and magneto-electric face sheets based on modified couple stress theory and first order shear deformation theory under simply supported boundary conditions is illustrated. It is noted that the core layer is composed from balsa wood and also piezo magneto-electric facesheets are made of BiTiO3-CoFe2O4. Using Hamilton's principle, the equations of motion for micro sandwich plate are obtained. Also, the Navier's method for simply support boundary condition is used to solve these equations. The effects of applied voltage, magnetic field, length to width ratio, thickness of porous to micro plate thickness ratio, type of porous, coefficient of porous on the frequency ratio are investigated. The numerical results indicate that with increasing of the porous coefficient, the non-dimensional frequency increases. Also, with an increase in the electric potential, the non-dimensional frequency decreases, while and with increasing of the magnetic potential is vice versa.
Buckling and post-buckling behaviors of geometrically perfect double-curvature shells made from smart composites have been investigated. The shell has been supposed to be exposed to transverse mechanical loading and magneto-electro-elastic (MEE) coupling. The composite shell has been made of two constituents which are piezoelectric and magnetic ingredients. Thus, the elastic properties might be variable based upon the percentages of the constituents. Incorporating small scale impacts in regard to nonlocal theory leads to the establishment of the governing equations for the double-curvature nanoshell. Such nanoshell stability will be shown to be affected by composite ingredients. More focus has been paid to the effects of small scale factor, electric voltage and magnetic intensity on stability curves of the nanoshell.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Nikookar, Mohammad;Mollaee, Saeed;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, A.M.S.
Advances in nano research
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제9권1호
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pp.47-58
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2020
The present paper deals with analyzing nonlinear forced vibrational behaviors of nonlocal multi-phase piezo-magnetic beam rested on elastic substrate and subjected to an excitation of elliptic type. The applied elliptic force may be presented as a Fourier series expansion of Jacobi elliptic functions. The considered multi-phase smart material is based on a composition of piezoelectric and magnetic constituents with desirable percentages. Additionally, the equilibrium equations of nanobeam with piezo-magnetic properties are derived utilizing Hamilton's principle and von-Kármán geometric nonlinearity. Then, an exact solution based on Jacobi elliptic functions has been provided to obtain nonlinear vibrational frequencies. It is found that nonlinear vibrational behaviors of the nanobeam are dependent on the magnitudes of induced electrical voltages, magnetic field intensity, elliptic modulus, force magnitude and elastic substrate parameters.
Free vibration analysis of a three-layered microbeam including an elastic micro-core and two piezo-magnetic face-sheets resting on Pasternak's foundation are studied in this paper. Strain gradient theory is used for size-dependent modeling of microbeam. In addition, three-unknown shear and normal deformations theory is employed for description of displacement field. Hamilton's principle is used for derivation of the governing equations of motion in electro-magneto-mechanical loads. Three micro-length-scale parameters based on strain gradient theory are employed for prediction of vibrational characteristics of structure in micro-scale. The results show that increase of three micro-length-scale parameters leads to significant increase of three natural frequencies especially for increase of second micro-length-scale parameter. This result is according to this fact that stiffness of a micro-scale structure is increased with increase of micro-length-scale parameters.
We in this paper study nonlinear bending of a functionally graded porous nanobeam subjected to multiple physical load based on the nonlocal strain gradient theory. For more reasonable analysis of nanobeams made of porous functionally graded magneto-thermo-electro-elastic materials (PFGMTEEMs), both constituent materials and the porosity appear gradient distribution in the present expression of effective material properties, which is much more suitable to the actual compared with the conventional expression of effective material properties. Besides the displacement function regarding physical neutral surface is introduced to analyze mechanical behaviors of beams made of FGMs. Then we derive nonlinear governing equations of PFGMTEEMs beams using the principle of Hamilton. To obtain analytical solutions, a two-step perturbation method is developed in nonuniform electric field and magnetic field, and then we use it to solve nonlinear equations. Finally, the analytical solutions are utilized to perform a parametric analysis, where the effect of various physical parameters on static bending deformation of nanobeams are studied in detail, such as the nonlocal parameter, strain gradient parameter, the ratio of nonlocal parameter to strain gradient parameter, porosity volume fraction, material volume fraction index, temperature, initial magnetic potentials and external electric potentials.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad
Smart Structures and Systems
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제20권3호
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pp.329-342
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2017
In this paper, the dispersion characteristics of elastic waves propagation in sandwich nano-beams with functionally graded (FG) face-sheets reinforced with carbon nanotubes (CNTs) is investigated based on various high order shear deformation beam theories (HOSDBTs) as well as nonlocal strain gradient theory (NSGT). In order to align CNTs as symmetric and asymmetric in top and bottom face-sheets with respect to neutral geometric axis of the sandwich nano-beam, various patterns are employed in this analysis. The sandwich nano-beam resting on Pasternak foundation is subjected to thermal, magnetic and electrical fields. In order to involve small scale parameter in governing equations, the NSGT is employed for this analysis. The governing equations of motion are derived using Hamilton's principle based on various HSDBTs. Then the governing equations are solved using analytical method. A detailed parametric study is conducted to study the effects of length scale parameter, different HSDBTs, the nonlocal parameter, various aligning of CNTs in thickness direction of face-sheets, different volume fraction of CNTs, foundation stiffness, applied voltage, magnetic intensity field and temperature change on the wave propagation characteristics of sandwich nano-beam. Also cut-off frequency and phase velocity are investigated in detail. According to results obtained, UU and VA patterns have the same cut-off frequency value but AV pattern has the lower value with respect to them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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