The general solution for two-dimensional magneto-electro-elastic media in terms of four harmonic displacement functions is proposed analytically. The expressions of specific solutions of magneto-electro-elastic plane problems with specific body forces are derived. Finally, based on the general solution in the case of distinct eigenvalues and the specific solution for density functionally gradient media, two kinds of beam problems with body forces depending only on the z or x coordinate are solved by the trial-and-error method.
This article deals with the buckling behaviour of multilayered magneto-electro-elastic (MEE) plate subjected to uniaxial and biaxial compressive (in-plane) loads. The constitutive equations of MEE material are used to derive a finite element (FE) formulation involving the coupling between electric, magnetic and elastic fields. The displacement field corresponding to first order shear deformation theory (FSDT) has been employed. The in-plane stress distribution within the MEE plate existing due to the enacted force is considered to be equivalent to the applied in-plane compressive load in the pre-buckling range. The same stress distribution is used to derive the potential energy functional. The non-dimensional critical buckling load is accomplished from the solution of allied linear eigenvalue problem. Influence of stacking sequence, span to thickness ratio, aspect ratio, load factor and boundary condition on critical buckling load and their corresponding mode shape is investigated. In addition, static deflection of MEE plate under the sinusoidal and the uniformly distributed load has been studied for different stacking sequences and boundary conditions.
The problem of a semi-infinite magneto-electro-elastically impermeable mode-III crack in a magneto-electro-elastic material is considered under the action of impact loads. For the case when a pair of concentrated anti-plane shear impacts, electric displacement and magnetic induction impacts are exerted symmetrically on the upper and lower surfaces of the crack, the magneto-electro-elastic field ahead of the crack tip is determined in explicit form. The dynamic intensity factors and dynamic energy density factor are obtained. The method adopted is to reduce the mixed initial-boundary value problem, by using the Laplace and Fourier transforms, into three simultaneous dual integral equations, one of which is converted into an Abel's integral equation and the others into a singular integral equation with Cauchy kernel. Based on the obtained fundamental solutions of point impact loads, the solutions of two kinds of different loading cases are evaluated by integration. For some particular cases, the present results reduce to the previous results.
By means of the two-dimensional basic equations of transversely isotropic magneto-electro-elastic media and the strict differential operator theorem, the general solution in the case of distinct eigenvalues is derived, in which all mechanical, electric and magnetic quantities are expressed in four harmonic displacement functions. Based on this general solution in the case of distinct eigenvalues, a series of problems is solved by the trial-and-error method, including magneto-electro-elastic rectangular beam under uniform tension, electric displacement and magnetic induction, pure shearing and pure bending, cantilever beam with point force, point charge or point current at free end, and cantilever beam subjected to uniformly distributed loads. Analytical solutions to various problems are obtained.
The present article examines the static response of multilayered magneto-electro-elastic (MEE) beam in thermal environment through finite element (FE) methods. On the basis of the minimum total potential energy principle and the coupled constitutive equations of MEE material, the FE equilibrium equations of cantilever MEE beam is derived. Maxwell's equations are considered to establish the relation between electric field and electric potential; magnetic field and magnetic potential. A simple condensation approach is employed to solve the global FE equilibrium equations. Further, numerical evaluations are made to examine the influence of different in-plane and through-thickness temperature distributions on the multiphysics response of MEE beam. A parametric study is performed to evaluate the effect of stacking sequence and different temperature profiles on the direct and derived quantities of MEE beam. It is believed that the results presented in this article serve as a benchmark for accurate design and analysis of the MEE smart structures in thermal applications.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.5
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pp.405-413
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2017
In this paper, we study the biaxial buckling analysis of nonlocal MEE(magneto-electro-elastic) nano plates based on the first-order shear deformation theory. The in-plane electric and magnetic fields can be ignored for MEE(magneto-electro-elastic) nano plates. According to magneto-electric boundary condition and Maxwell equation, the variation of magnetic and electric potentials along the thickness direction of the MME plate is determined. In order to reformulate the elastic theory of MEE(magneto-electro-elastic) nano-plate, the nonlocal differential constitutive relations of Eringen is used. Using the variational principle, the governing equations of the nonlocal theory are discussed. The relations between nonlocal and local theories are investigated by computational results. Also, the effects of nonlocal parameters, in-plane load directions, and aspect ratio on structural responses are studied. Computational results show the effects of the electric and magnetic potentials. These computational results can be useful in the design and analysis of advanced structures constructed from MEE(magneto-electro-elastic) materials and may be the benchmark test for the future study.
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.
Selvamani, Rajendran;Jayan, M. Mahaveer Sree;Ebrahimi, Farzad
Coupled systems mechanics
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v.10
no.1
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pp.39-60
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2021
The present paper is concerned with the study of nonlinear ultrasonic waves in a magneto thermo (MT) elastic armchair single-walled carbon nanotube (ASWCNT) resting on polymer matrix. The analytical formulation is developed based on Eringen's nonlocal elasticity theory to account small scale effect. After developing the formal solution of the mathematical model consisting of partial differential equations, the frequency equations have been analyzed numerically by using the nonlinear foundations supported by Winkler-Pasternak model. The solution is obtained by ultrasonic wave dispersion relations. Parametric work is carried out to scrutinize the influence of the non local scaling, magneto-mechanical loadings, foundation parameters, various boundary condition and length on the dimensionless frequency of nanotube. It is noticed that the boundary conditions, nonlocal parameter, and tube geometrical parameters have significant effects on dimensionless frequency of nano tubes. The results presented in this study can provide mechanism for the study and design of the nano devices like component of nano oscillators, micro wave absorbing, nano-electron technology and nano-electro- magneto-mechanical systems (NEMMS) that make use of the wave propagation properties of armchair single-walled carbon nanotubes embedded on polymer matrix.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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