Dynamic analysis of an embedded single-walled carbon nanotube (SWCNT) traversed by a moving nanoparticle, which is modeled as a moving load, is investigated in this study based on the nonlocal Timoshenko beam theory, including transverse shear deformation and rotary inertia. The governing equations and boundary conditions are derived by using the principle of virtual displacement. The Galerkin method and the direct integration method of Newmark are employed to find the dynamic response of the SWCNT. A detailed parametric study is conducted to study the influences of the nonlocal parameter, aspect ratio of the SWCNT, elastic medium constant and the moving load velocity on the dynamic responses of SWCNT. For comparison purpose, free vibration frequencies of the SWCNT are obtained and compared with a previously published study. Good agreement is observed. The results show that the above mentioned effects play an important role on the dynamic behaviour of the SWCNT.
The buckling response of a single-layered graphene sheet (SLGS) embedded in visco-Pasternak's medium is presented. The nonlocal first-order shear deformation elasticity theory is used for this purpose. The visco-Pasternak's medium is considered by adding the damping effect to the usual foundation model which characterized by the linear Winkler's modulus and Pasternak's (shear) foundation modulus. The SLGS be subjected to distributive compressive in-plane edge forces per unit length. The governing equilibrium equations are obtained and solved for getting the critical buckling loads of simply-supported SLGSs. The effects of many parameters like nonlocal parameter, aspect ratio, Winkler-Pasternak's foundation, damping coefficient, and mode numbers on the buckling analysis of the SLGSs are investigated in detail. The present results are compared with the corresponding available in the literature. Additional results are tabulated and plotted for sensing the effect of all used parameters and to investigate the visco-Pasternak's parameters for future comparisons.
Ahmed, Ridha A.;Fenjan, Raad M.;Hamad, Luay Badr;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.9
no.1
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pp.33-48
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2020
With the use of differential quadrature method (DQM), forced vibrations and resonance frequency analysis of functionally graded (FG) nano-size beams rested on elastic substrate have been studied utilizing a shear deformation refined beam theory which contains shear deformations influence needless of any correction coefficient. The nano-size beam is exposed to uniformly-type dynamical loads having partial length. The two parameters elastic substrate is consist of linear springs as well as shear coefficient. Gradation of each material property for nano-size beam has been defined in the context of Mori-Tanaka scheme. Governing equations for embedded refined FG nano-size beams exposed to dynamical load have been achieved by utilizing Eringen's nonlocal differential law and Hamilton's rule. Derived equations have solved via DQM based on simply supported-simply supported edge condition. It will be shown that forced vibrations properties and resonance frequency of embedded FG nano-size beam are prominently affected by material gradation, nonlocal field, substrate coefficients and load factors.
Based upon differential quadrature method (DQM) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), mechanical-hygro-thermal vibrational analyzes of shear deformable porous functionally graded (FG) nanoplate on visco-elastic medium has been performed. The presented formulation incorporates two scale factors for examining vibrational behaviors of nano-dimension plates more accurately. The material properties for FG plate are porosity-dependent and defined employing a modified power-law form. It is supposed that the nano-size plate is exposed to hygro-thermal and variable compressive mechanical loadings. The governing equations achieved by Hamilton's principle are solved implementing DQM. Presented results indicate the prominence of moisture/temperature variation, damping factor, material gradient index, nonlocal coefficient, strain gradient coefficient and porosities on vibrational frequencies of FG nano-size plate.
Ahmed, Ridha A.;Mustafa, Nader M.;Faleh, Nadhim M.;Fenjan, Raad M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.3
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pp.413-420
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2020
Considering inverse cotangential shear strain function, the present paper studies nonlinear stability of nonlocal higher-order refined beams made of metal foams based on Chebyshev-Ritz method. Based on inverse cotangential beam model, it is feasible to incorporate shear deformations needless of shear correction factor. Metal foam is supposed to contain different distributions of pores across the beam thickness. Also, presented Chebyshev-Ritz method can provide a unified solution for considering various boundary conditions based on simply-supported and clamped edges. Nonlinear effects have been included based upon von-karman's assumption and nonlinear elastic foundation. The buckling curves are shown to be affected by pore distribution, geometric imperfection of the beam, nonlocal scale factor, foundation and geometrical factors.
Forced vibration behavior of porous metal foam nanoplates on elastic medium is studied via a 4-variable plate theory. Different porosity distributions called uniform, symmetric and asymmetric are considered. Nonlocal strain gradient theory (NSGT) containing two scale parameters is employed for size-dependent modeling of porous nanoplates. The present plate theory satisfies the shear deformation effect and it has lower field variables compared with first order plate theory. Hamilton's principle is employed to derive the governing equations. Obtained results from Galerkin's method are verified with those provided in the literature. The effects of nonlocal parameter, strain gradient, foundation parameters, dynamic loading, porosity distributions and porosity coefficient on dynamic deflection and resonance frequencies of metal foam nanoscale plates are examined.
Nonlocal elasticity and Reddy plant theory are used to study the vibration response of functionally graded (FG) nanoplates resting on two parameters elastic medium called Pasternak foundation. Nonlocal higher order theory accounts for the effects of both scale and the effect of transverse shear deformation, which becomes significant where stocky and short nanoplates are concerned. It is assumed that the properties of FG nanoplate follow a power law through the thickness. In addition, Poisson's ratio is assumed to be constant in this model. Both Winkler-type and Pasternak-type foundation models are employed to simulate the interaction of nanoplate with surrounding elastic medium. Using Hamilton's principle, size-dependent governing differential equations of motion and corresponding boundary conditions are derived. A differential quadrature approach is being utilized to discretize the model and obtain numerical solutions for various boundary conditions. The model is validated by comparing the results with other published results.
Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Mahesh, Vinyas
Advances in nano research
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v.7
no.3
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pp.145-155
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2019
In this article, the influence of small scale effects on the free vibration response of curved magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) nanobeams has been investigated considering nonlocal elasticity theory. Power-law is used to judge the through thickness material property distribution of MEE nanobeams. The Euler-Bernoulli beam model has been adopted and through Hamilton's principle the Nonlocal governing equations of curved MEE-FG nanobeam are obtained. The analytical solutions are obtained and validated with the results reported in the literature. Several parametric studies are performed to assess the influence of nonlocal parameter, magnetic potential, electric voltage, opening angle, material composition and slenderness ratio on the dynamic behaviour of MEE curved nanobeams. It is believed that the results presented in this article may serve as benchmark results in accurate analysis and design of smart nanostructures.
Higher-order theories are very important to investigate the mechanical properties and behaviors of nanoscale structures. In this study, a free vibration behavior of SiNW resting on elastic foundation is investigated via Eringen's nonlocal elasticity theory. Silicon Nanowire (SiNW) is modeled as simply supported both ends and clamped-free Euler-Bernoulli beam. Pasternak two-parameter elastic foundation model is used as foundation. Finite element formulation is obtained nonlocal Euler-Bernoulli beam theory. First, shape function of the Euler-Bernoulli beam is gained and then Galerkin weighted residual method is applied to the governing equations to obtain the stiffness and mass matrices including the foundation parameters and small scale parameter. Frequency values of SiNW is examined according to foundation and small scale parameters and the results are given by tables and graphs. The effects of small scale parameter, boundary conditions, foundation parameters on frequencies are investigated.
Fenjan, Raad M.;Ahmed, Ridha A.;Alasadi, Abbas A.;Faleh, Nadhim M.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.3
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pp.247-257
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2019
Fee vibrational characteristics of porous steel double-coupled nanoplate system in thermo-elastic medium is studied via a refined plate model. Different pore dispersions called uniform, symmetric and asymmetric have been defined. Nonlocal strain gradient theory (NSGT) containing two scale parameters has been adopted to stablish size-dependent modeling of the system. Hamilton's principle has been adopted to stablish the governing equations. Obtained results from Galerkin's method are verified with those provided in the literature. The effects of nonlocal parameter, strain gradient, foundation parameters, porosity distributions and porosity coefficient on vibration frequencies of metal foam nanoscale plates have been examined.
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