This article studies the free and forced vibrations of the carbon nanotubes CNTs embedded in an elastic medium including thermal and dynamic load effects based on nonlocal Euler-Bernoulli beam. A Winkler type elastic foundation is employed to model the interaction of carbon nanotube and the surrounding elastic medium. Influence of all parameters such as nonlocal small-scale effects, high temperature change, Winkler modulus parameter, vibration mode and aspect ratio of short carbon nanotubes on the vibration frequency are analyzed and discussed. The non-local Euler-Bernoulli beam model predicts lower resonance frequencies. The research work reveals the significance of the small-scale coefficient, the vibrational mode number, the elastic medium and the temperature change on the non-dimensional natural frequency.
Cell components play vital role within the cell when the cell under goes deformation. These components are microtubules, microfilaments and intermediate filaments. Intermediate filaments are like thread and are of different types. Like microtubules and microfilaments these components also undergo the deformation and their dynamics affected when change occurs within cell. In the present study, bending of intermediate filaments are studied keeping the nonlocal effects under consideration. It is observed that the nonlocal parameter has a great impact on the dynamics of intermediate filaments. This study is made by the application of Euler beam theory.
Based upon differential quadrature method (DQM) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), an investigation on the free vibrations of 2D plate systems with nano-dimensions has been provided taking into account the effects of different mechanical loadings. In order to capture different mechanical loadings, a general form of variable compressive load applied in the axial direction of the plate system has been introduced. The studied plate has been constructed from two types of particles which results in graded material properties and nanoscale pores. The established formulation for the plate is in the context of a novel shear deformable model and the equations have been solved via a semi-numerical trend. Presented results indicate the prominence of material composition, nonlocal coefficient, strain gradient coefficient and boundary conditions on vibrational frequencies of nano-size plate.
Messai, Abderraouf;Fortas, Lahcene;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.4
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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.
Amir Behshad;Maryam Shokravi;Akbar Shafiei Alavijeh;Hamed, Karami
Steel and Composite Structures
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v.47
no.1
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pp.71-77
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2023
This paper presents a study on the wave propagation of functionally graded material (FGM) sandwich nanoplates with soft core resting on a Winkler foundation. The structure is modelled by classical theory. Motion equations are derived by the assumption of nonlocal Eringen theory and energy method. Then, the equations are solved using an exact method for finding phase velocity responses. The effects of Winkler foundation, nonlocal parameters, thickness and mode number on the dispersion of elastic waves are shown. With the increase of spring constant, the speed of wave propagation increases and reaches a uniform state at a higher wave number.
In this paper, Bishop theory performs longitudinal vibration analysis of Nano-beams. Its governing equation, due to integrated displacement field and more considered primarily effects compared with other theories, enjoys fully completed status, and more reliable results as well. This article aims to find how Bishop theory and Two-phase elasticity work together. In other words, whether Bishop theory will be compatible with Two-phase local/nonlocal elasticity. Hamilton's principle is employed to derive governing equation of motion, and then the 6th order of Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) as a constructive numerical method is utilized to attain the discretized two-phase formulation. To acquire a proper verification procedure, exact solution is prepared to be compared with current results. Furthermore, the effects of key parameters on the objective are investigated.
Kim, Woo-Jung;Lee, Won-Hong;Park, Weon-Tae;Han, Sung-Cheon
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.2
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pp.1109-1117
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2014
We study free vibration analysis of sigmoid functionally graded materials(S-FGM) nano-scale plates, using a nonlocal elasticity theory of Eringen in this paper. This theory has ability to capture the both small scale effects and sigmoid function in terms of the volume fraction of the constituents for material properties through the plate thickness. Numerical solutions of S-FGM nano-scale plate are presented using this theory to illustrate the effect of nonlocal theory on natural frequency of the S-FGM nano-scale plates. The relations between nonlocal and local theories are discussed by numerical results. Further, effects of (i) power law index (ii) nonlocal parameters, (iii) elastic modulus ratio and (iv) thickness and aspect ratios on nondimensional frequencies are investigated. In order to validate the present solutions, the reference solutions are compared and discussed. The results of S-FGM nano-scale plates using the nonlocal theory may be the benchmark test for the free vibration analysis.
Vibrational analysis in microtubules is examined based on the nonlocal theory of elasticity. The complete analytical formulas for wave velocity are obtained and the results reveal that the small scale effects can reduce the frequency, especially for large longitudinal wave-vector and large circumferential wave number. It is seen that the small scale effects are more significant for smaller wave length. The methods and results may also support the design and application of nano devices such as micro sound generator etc. The effects of small scale parameters can increase vibrational frequencies of the protein microtubules and cannot be overlooked in the analysis of vibrating phenomena. The results for different modes with nonlocal effect are checked.
This study focuses on wave propagation analysis in the curved nanobeam exposed to different thermal loadings based on the Nonlocal Strain Gradient Theory (NSGT). Mechanical properties of the constitutive materials are assumed to be temperature-dependent and functionally graded. For modeling, the governing equations are derived using Hamilton's principle. Using the proposed model, the effects of small-scale, geometrical, and thermo-mechanical parameters on the dynamic behavior of the curved nanobeam are studied. A small-scale parameter, Z, is taken into account that collectively represents the strain gradient and the nonlocal parameters. When Z<1 or Z>1, the phase velocity decreases/increases, and the stiffness-softening/hardening phenomenon occurs in the curved nanobeam. Accordingly, the phase velocity depends more on the strain gradient parameter rather than the nonlocal parameter. As the arc angle increases, more variations in the phase velocity emerge in small wavenumbers. Furthermore, an increase of ∆T causes a decrease in the phase velocity, mostly in the case of uniform temperature rise rather than heat conduction. For verification, the results are compared with those available for the straight nanobeam in the previous studies. It is believed that the findings will be helpful for different applications of curved nanostructures used in nano-devices.
The aim of this present research is the effect of the higher-order terms of the governing equation on the forced longitudinal vibration of a nanorod model and making comparisons of the results with classical nonlocal elasticity theory. For this purpose, the free axial vibration along with forced one under the two various linear and harmonic axial concentrated forces in zigzag Single-Walled Carbon Nanotube (SWCNT) are analyzed dynamically. Three various theories containing the classical theory, which is called Eringen's nonlocal elasticity, along with Rayleigh and Bishop theories (higher-order theories) are established to justify the nonlocal behavior of constitutive relations. The governing equation and the related boundary conditions are derived from Hamilton's principle. The assumed modes method is adopted to solve the equation of motion. For the free axial vibration, the natural frequencies are calculated for the various values of the nonlocal parameter only based on Eringen's theory. The effects of the nonlocal parameter, thickness, length, and ratio of the excitation frequency to the natural frequency over time in dimensional and non-dimensional axial displacements are investigated for the first time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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