In the present study, for first time the size dependent vibration behavior of a rotating functionally graded (FG) Timoshenko nanobeam based on Eringen's nonlocal theory is investigated. It is assumed that the physical and mechanical properties of the FG nanobeam are varying along the thickness based on a power law equation. The governing equations are determined using Hamilton's principle and the generalized differential quadrature method (GDQM) is used to obtain the results for cantilever boundary conditions. The accuracy and validity of the results are shown through several numerical examples. In order to display the influence of size effect on first three natural frequencies due to change of some important nanobeam parameters such as material length scale, angular velocity and gradient index of FG material, several diagrams and tables are presented. The results of this article can be used in designing and optimizing elastic and rotary type nano-electro-mechanical systems (NEMS) like nano-motors and nano-robots including rotating parts.
This research deals with the nonlocal temperature-dependent dynamic buckling analysis of embedded sandwich micro plates reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs). The material properties of structure are assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. The effective material properties of structure are considered based on mixture rule. The elastic medium is simulated by orthotropic visco-Pasternak medium. The motion equations are derived applying Sinusoidal shear deformation theory (SSDT) in which the size effects are considered using Eringen's nonlocal theory. The differential quadrature (DQ) method in conjunction with the Bolotin's methods is applied for calculating resonance frequency and dynamic instability region (DIR) of structure. The effects of different parameters such as volume percent of CNTs, distribution type of CNTs, temperature, nonlocal parameter and structural damping on the dynamic instability of visco-system are shown. The results are compared with other published works in the literature. Results indicate that the CNTs have an important role in dynamic stability of structure and FGX distribution type is the better choice.
In this research paper, the free vibrational behavior of the simply supported FG nano-plate is studied using the nonlocal two variables integral refined plate theory. The present model takes into account the small scale effect. The effective's properties of the plate change according to the power law variation (P-FGM). The equations of motion of the system are determined and resolved via Hamilton's principle and Navier procedure, respectively. The validity and efficiency of the current model are confirmed by comparing the results with those given in the literature. At the last section, several numerical results are presented to show the various parameters influencing the vibrational behavior such as the small-scale effect, geometry ratio, material index and aspect ratio.
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.
In this study, free vibration of functionally graded (FG) micro/nanobeams based on nonlocal third-order shear deformation theory and under different boundary conditions is investigated by applying the differential quadrature method. Third-order shear deformation theory can consider the both small-scale effects and quadratic variation of shear strain and hence shear stress along the FG nanobeam thickness. The governing equations are obtained by using the Hamilton's principle, based on third-order shear deformation beam theory. The differential quadrature (DQ) method is used to discretize the model and attain the natural frequencies and mode shapes. The properties of FG micro/nanobeam are assumed to be chanfged along the thickness direction based on the simple power law distribution. The effects of various parameters such as the nonlocal parameter, gradient index, boundary conditions and mode number on the vibration characteristics of FG micro/nanobeams are discussed in detail.
In this article the frequency response analysis of curved magneto-electro-viscoelastic functionally graded (CMEV-FG) nanobeams resting on viscoelastic foundation has been carried out. To this end, the study incorporates the Euler-Bernoulli beam model in association with Eringen's nonlocal theory to incorporate the size effects. The viscoelastic foundation in the current investigation is assumed to be the combination of Winkler-Pasternak layer and viscous layer of infinite parallel dashpots. The equations of motion are derived with the aid of Hamilton's principle and the solution to vibration problem of CMEV-FG nanobeams are obtained analytically. The material gradation is considered to follow Power-law rule. This study thoroughly investigates the influence of prominent parameters such as linear, shear and viscous layers of foundation, structural damping coefficient, opening angle, magneto-electrical field, nonlocal parameter, power-law exponent and slenderness ratio on the frequencies of FG nanobeams.
This study is concerned with the stability of laminated composite plates modelled using Eringen's nonlocal differential model (ENDM) and a novel refined-hyperbolic-shear-deformable plate theory. The plate is assumed to be lying on the Pasternak elastic foundation and is under the influence of an in-plane magnetic field. The governing equations and boundary conditions are obtained through Hamilton's principle. An analytical approach considering Navier series is used to fine the critical bucking load. After verifying with existing results for the reduced cases, the present model is then used to study buckling of the laminated composite plate. Numerical results demonstrate clearly for the first time the roles of size effects, magnetic field, foundation parameters, moduli ratio, geometry, lay-up numbers and sequences, fiber orientations, and boundary conditions. These results could be useful for designing better composites and can further serve as benchmarks for future studies on the laminated composite plates.
Ghadiri Rad, Mohammad Hossein;Shahabian, Farzad;Hosseini, Seyed Mahmoud
Steel and Composite Structures
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제32권3호
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pp.293-304
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2019
In the present paper, the element free Galerkin (EFG) method is developed for geometrically nonlinear analysis of deep beams considering small scale effect. To interpret the behavior of structure at the nano scale, the higher-order gradient elasticity nonlocal theory is taken into account. The radial point interpolation method with high order of continuity is used to construct the shape functions. The nonlinear equation of motion is derived using the principle of the minimization of total potential energy based on total Lagrangian approach. The Newmark method with the small time steps is used to solve the time dependent equations. At each time step, the iterative Newton-Raphson technique is applied to minimize the residential forces caused by the nonlinearity of the equations. The effects of nonlocal parameter and aspect ratio on stiffness and dynamic parameters are discussed by numerical examples. This paper furnishes a ground to develop the EFG method for large deformation analysis of structures considering small scale effects.
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.
Dang, Van-Hieu;Sedighi, Hamid M.;Chan, Do Quang;Civalek, Omer;Abouelregal, Ahmed E.
Structural Engineering and Mechanics
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제78권1호
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pp.103-116
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2021
In this work, a model of a functionally graded (FG) nanotube conveying fluid embedded in an elastic medium is developed based on the nonlocal strain gradient theory (NSGT) in conjunction with Euler-Bernoulli beam theory (EBT). The main objective of this research is to investigate the nonlinear vibration and stability analysis of fluid-conveying nanotubes. The governing equations of motion are derived by means of Hamiltonian principle. The analytical expressions of nonlinear frequencies and critical flow velocities for two different types of boundary conditions including pinned-pinned (P-P) and clamped-clamped (C-C) conditions are obtained by employing Galerkin method as well as Hamiltonian Approach (HA). Comparison of the obtained results with the published works show the acceptable accuracy of the current solutions. The effects of the power-law index, the nonlocal and material length scale parameters and the elastic medium on the stability and nonlinear responses of FG nanotubes are thoroughly investigated and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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