Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Zenkour, Ashraf M.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.255-269
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2017
Free vibration analysis is presented for a simply-supported, functionally graded piezoelectric (FGP) nanobeam embedded on elastic foundation in the framework of third order parabolic shear deformation beam theory. Effective electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to be variable throughout the thickness based on power-law model. To incorporate the small size effects into the local model, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Analytical solution is implemented to solve the size-dependent buckling analysis of FGP nanobeams based upon a higher order shear deformation beam theory where coupled equations obtained using Hamilton's principle exist for such beams. Some numerical results for natural frequencies of the FGP nanobeams are prepared, which include the influences of elastic coefficients of foundation, electric voltage, material and geometrical parameters and mode number. This study is motivated by the absence of articles in the technical literature and provides beneficial results for accurate FGP structures design.
We consider the following Dirichlet initial boundary value problem with a gradient absorption and a nonlocal source $$\frac{{\partial}u}{{\partial}t}-div({\mid}{\nabla}u{\mid}^{p-2}{\nabla}u)={\lambda}u^k{\displaystyle\smashmargin{2}{\int\nolimits_{\Omega}}}u^sdx-{\mu}u^l{\mid}{\nabla}u{\mid}^q$$ in a bounded domain Ω ⊂ ℝN, where p > 1, the parameters k, s, l, q, λ > 0 and µ ≥ 0. Firstly, we establish local existence for weak solutions; the aim of this part is to prove a crucial priori estimate on |∇u|. Then, we give appropriate conditions in order to have existence and uniqueness or nonexistence of a global solution in time. Finally, depending on the choices of the initial data, ranges of the coefficients and exponents and measure of the domain, we show that the non-negative global weak solution, when it exists, must extinct after a finite time.
This paper is concerned with the wave propagation behavior of rotating functionally graded temperature-dependent nanoscale beams subjected to thermal loading based on nonlocal strain gradient stress field. Uniform, linear and nonlinear temperature distributions across the thickness are investigated. Thermo-elastic properties of FG beam change gradually according to the Mori-Tanaka distribution model in the spatial coordinate. The nanobeam is modeled via a higher-order shear deformable refined beam theory which has a trigonometric shear stress function. The governing equations are derived by Hamilton's principle as a function of axial force due to centrifugal stiffening and displacement. By applying an analytical solution and solving an eigenvalue problem, the dispersion relations of rotating FG nanobeam are obtained. Numerical results illustrate that various parameters including temperature change, angular velocity, nonlocality parameter, wave number and gradient index have significant effect on the wave dispersion characteristics of the understudy nanobeam. The outcome of this study can provide beneficial information for the next generation researches and exact design of nano-machines including nanoscale molecular bearings and nanogears, etc.
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.
Sufficient conditions for the existence of positive solutions for a coupled system of nonlinear nonlocal boundary value problems of the type -x"(t) = f(t, y(t)), t $\in$ (0, 1), -y"(t) = g(t, x(t)), t $\in$ (0, 1), x(0) = y(0) = 0, x(1) = ${\alpha}x(\eta)$, y(1) = ${\alpha}y(\eta)$, are obtained. The nonlinearities f, g : (0,1) $\times$ (0, $\infty$ ) $\rightarrow$ (0, $\infty$) are continuous and may be singular at t = 0, t = 1, x = 0, or y = 0. The parameters $\eta$, $\alpha$, satisfy ${\eta}\;{\in}\;$ (0,1), 0 < $\alpha$ < $1/{\eta}$. An example is provided to illustrate the results.
An analytical investigation has been performed on the mechanical performance of waves propagated in a Single-Layered Graphene Sheet (SLGS) when an In-plane Varying Bending (IVB) load is interacted. It has been supposed that the Graphene Sheet (GS) is located on an elastic medium. Employing a two-parameter elastic foundation, the effects of elastic substrate on the GS behavior are modeled. Besides, the kinematic equations are derived by the means of a trigonometric two-variable refined plate theory. Moreover, in order to indicate the size-dependency of the SLGS, a Nonlocal Strain Gradient Theory (NSGT) was considered. The nonlocal governing differential equations are achieved in the framework of Hamilton's Principle (HP). Also, an analytical approach was used to detect the unknowns of the final eigenvalue equation. Finally, the effects of each parameters using some dispersion charts were determined.
The buckling properties of a single-layered graphene sheet (SLGS) are examined using nonlocal integral first shear deformation theory (FSDT) by incorporating the influence of visco-Pasternak's medium. This model contains only four variables, which is even less than the conventional FSDT. The visco-Pasternak's medium is introduced by considering the damping influence to the conventional foundation model which modeled by the linear Winkler's coefficient and Pasternak's (shear) foundation coefficient. The nanoplate under consideration is subjected to compressive in- plane edge loads per unit length. The impacts of many parameters such as scale parameter, aspect ratio, the visco-Pasternak's coefficients, damping parameter, and mode numbers on the stability investigation of the SLGSs are examined in detail. The obtained results are compared with the corresponding available in the literature.
The possibility of energy harvesting as well as controlled vibration of a three-layered beam consisting of two piezoelectric layer and one core layer made of nonpiezoelectric material is investigated using paradox-free local/nonlocal theory. The three-layered nanobeam is resting on an elastic foundation and subjected to a blast load. Also, the core layer is made of Nano-composites reinforced by CNTs and carbon fibers (MHCD). Governing equations as well as boundary conditions are obtained using Hamilton,s principle. The equations discretized by Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) and solved by Newmark beta method. In addition, two differential and integral gains are employed for controlling the forced vibration. The size-dependency of the elastic foundation is considered using two-phase elasticity. The effect of elastic foundation, control gains, nonlocal factor, as well as parameters affecting the core material on the forced vibration and energy harvesting is investigated in detail. The equations as well as solution procedure is validated utilizing some compassion studies. This work can be a basis for future studies on energy harvesting and controlled vibration in small scales.
Ola A. Siam;Rabab A. Shanab;Mohamed A. Eltaher;Norhan A. Mohamed
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.3
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pp.257-279
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2023
This manuscript is dedicated to deriving the closed form solutions of free vibration of viscoelastic nanobeam embedded in an elastic medium using nonlocal differential Eringen elasticity theory that not considered before. The kinematic displacements of Euler-Bernoulli and Timoshenko theories are developed to consider the thin nanobeam structure (i.e., zero shear strain/stress) and moderated thick nanobeam (with constant shear strain/stress). To consider the internal damping viscoelastic effect of the structure, Kelvin/Voigt constitutive relation is proposed. The perforation geometry is intended by uniform symmetric squared holes arranged array with equal space. The partial differential equations of motion and boundary conditions of viscoelastic perforated nonlocal nanobeam with elastic foundation are derived by Hamilton principle. Closed form solutions of damped and natural frequencies are evaluated explicitly and verified with prestigious studies. Parametric studies are performed to signify the impact of elastic foundation parameters, viscoelastic coefficients, nanoscale, supporting boundary conditions, and perforation geometry on the dynamic behavior. The closed form solutions can be implemented in the analysis of viscoelastic NEMS/MEMS with perforations and embedded in elastic medium.
Alaa A. Abdelrahman;Ismail Esen;Mohammed Y. Tharwan;Amr Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.16
no.4
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pp.395-412
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2024
This article develops a nonclassical size dependent nanoplate model to study the dynamic response of functionally graded carbon nanotube (FGCNT) nanoplates under a moving load. Both nonlocal and microstructure effects are incorporated through the nonlocal strain gradient elasticity theory. To investigate the effect of reinforcement orientation of CNT, four different configurations are studied and analysed. The FGM gradation thorough the thickness direction is simulated using the power law. In the context of the first order shear deformation theory, the dynamic equations of motion and the associated boundary conditions are derived by Hamilton's principle. An analytical solution of the dynamic equations of motion is derived based on the Navier methodology. The proposed model is verified and compared with the available results in the literature and good agreement is found. The numerical results show that the dynamic performance of FGCNT nanoplates could be governed by the reinforcement pattern and volume fraction in addition to the non-classical parameters and the moving load dimensionless parameter. Obtained results are reassuring in design and analysis of nanoplates reinforced with CNTs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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