In the current paper, an exact solution method is carried out for analyzing the thermo-mechanical vibration of curved FG nano-beams subjected to uniform thermal environmental conditions, by considering porosity distribution via nonlocal strain gradient beam theory for the first time. Nonlocal strain gradient elasticity theory is adopted to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field is considered. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Material properties of curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and are supposed to vary through the thickness direction of beam which modeled via modified power-law rule. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, porosity play a key role in the mechanical response of curved FG nano-structures. The governing equations and related boundary condition of curved porous FG nanobeam under temperature field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved nanobeam supposed to thermal loading. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, porosity volume fractions, thermal effect, gradient index, opening angle and aspect ratio on the natural frequency of curved FG porous nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play key roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
Aluminium foam material is highly porous material, which has the complicated cellular structure defined by randomly distributed pores in metallic matrix. This structure gives the characteristic properties which cannot be achieved by any other conventional processes. As the properties of aluminium foam material significantly depend on its porosity, a desired profile of properties can be tailored by changing the foam density. But various defects lead to undesirable effects on the mechanical properties. Mechanical properties are dependent on cell sizes and aspect ratios. Therefore, this paper presents the effects of various processing parameters of various parameters on the mechanical properties. For the sake of this, combined stirring was used to fabricate aluminum foam materials by the parameters. Compression and bending tests were performed to investigate the effects of cell sizes and aspect ratios on the mechanical properties.
A porous reaction bonded silicon carbide (RBSC) was fabricated by a molten Si infiltration method. The porosity and flexural strength of porous RBSC fabricated in this study were dependent upon the amount of carbon source used in the SiC/carbon preform as well as the amount of Si infiltrated into the SiC/carbon preform. The porosity and flexural strength of porous RBSC were in the range of $20 vo1.{\sim}49 vo1.%$ and $38{\sim}61 MPa$, respectively. With increase of carbon contents and molten Si for infiltration, volume fraction of the pores was gradually decreased, and flexural strength was increased. The porous RBSCs fabricated with the same amount of molten Si show less residual Si around neck with increase of carbon source, as well as a new SiC was formed around neck which resulted in the decreased porosity and improvement of the flexural strength. In addition, decrease of the porosity and increase of the flexural strength were also obtained by increase of the amount of molten Si with the same amount of carbon source. However, it was found that the flexural strength of porous RBSC depends on the porosity rather than the amount of the newly formed SiC in neck phase between SiC particles used as a starting material.
Abdulmajeed M. Alsubaie;Ibrahim Alfaqih;Mohammed A. Al-Osta;Abdelouahed Tounsi;Abdelbaki Chikh;Ismail M. Mudhaffar;Saeed Tahir
Computers and Concrete
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제32권1호
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pp.75-85
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2023
This work utilizes simplified higher-order shear deformation beam theory (HSDBT) to investigate the vibration response for functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) beam. Novel to this work, single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are distributed and aligned in a matrix of polymer throughout the beam, resting on a viscoelastic foundation. Four un-similar patterns of reinforcement distribution functions are investigated for the CNTRC beam. Porosity is another consideration taken into account due to its significant effect on functionally graded materials (FGMs) properties. Three types of uneven porosity distributions are studied in this study. The damping coefficient and Winkler's and Pasternak's parameters are considered in investigating the viscosity effect on the foundation. Moreover, the impact of different parameters on the vibration of the CNTRC beam supported by a viscoelastic foundation is discussed. A comparison to other works is made to validate numerical results in addition to analytical discussions. The findings indicate that incorporating a damping coefficient can improve the vibration performance, especially when the spring constant factors are raised. Additionally, it has been noted that the fundamental frequency of a beam increases as the porosity coefficient increases, indicating that porosity may have a significant impact on the vibrational characteristics of beams.
In the present paper, the nonlocal strain gradient refined model is used to study the thermal stability of sandwich nanoplates integrated with piezoelectric layers for the first time. The influence of Kerr elastic foundation is also studied. The present model incorporates two small-scale coefficients to examine the size-dependent thermal stability response. Elastic properties of nanoplate made of functionally graded materials (FGMs) are supposed to vary through the thickness direction and are estimated employing a modified power-law rule in which the porosity with even type of distribution is approximated. The governing differential equations of embedded sandwich piezoelectric porous nanoplates under hygrothermal loading are derived through Hamilton's principle where the Galerkin method is applied to solve the stability problem of the nanoplates with simply-supported edges. It is indicated that the thermal stability characteristics of the porous nanoplates are obviously influenced by the porosity volume fraction and material variation, nonlocal parameter, strain gradient parameter, geometry of the nanoplate, external voltage, temperature and humidity variations, and elastic foundation parameters.
Fenjan, Raad M.;Ahmed, Ridha A.;Hamad, Luay Badr;Faleh, Nadhim M.
Advances in Computational Design
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제5권4호
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pp.349-362
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2020
Dynamic characteristics of a scale-dependent porous metal foam cylindrical shell under a traveling load have been explored within this article based on a numerical approach. Within the material texture of the metal foams, uniform and non-uniform porosities may be dispersed. Based upon differential quadrature method (DQM) and Laplace transforms, the equations of motion for a shear deformable scale-dependent shell may be solved numerically. Scale-dependent shell modeling has been provided based upon strain gradient elasticity. Solving the equations will give the shell deflection as a function of load speed. Also, it is reported that shell deflection relies on the porosity dispersion and strain gradient influences.
Within the optimization field, addressing the intricate posed by fluidic pressure loads on functionally graded structures with frequency-related designs is a kind of complex design challenges. This paper thus introduces an innovative density-based topology optimization strategy for frequency-constraint functionally graded structures incorporating Darcy's law and a drainage term. It ensures consistent treatment of design-dependent fluidic pressure loads to frequency-related structures that dynamically adjust their direction and location throughout the design evolution. The porosity of each finite element, coupled with its drainage term, is intricately linked to its density variable through a Heaviside function, ensuring a seamless transition between solid and void phases. A design-specific pressure field is established by employing Darcy's law, and the associated partial differential equation is solved using finite element analysis. Subsequently, this pressure field is utilized to ascertain consistent nodal loads, enabling an efficient evaluation of load sensitivities through the adjoint-variable method. Moreover, this novel approach incorporates load-dependent structures, frequency constraints, functionally graded material models, and polygonal meshes, expanding its applicability and flexibility to a broader range of engineering scenarios. The proposed methodology's effectiveness and robustness are demonstrated through numerical examples, including fluidic pressure-loaded frequency-constraint structures undergoing small deformations, where compliance is minimized for structures optimized within specified resource constraints.
Yazdani, Raziye;Mohammadimehr, Mehdi;Zenkour, Ashraf M.
Steel and Composite Structures
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제33권1호
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pp.93-109
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2019
In the present study, vibration analysis of double bonded micro sandwich cylindrical shells with saturated porous core and carbon/boron nitride nanotubes (CNT/BNNT) reinforced composite face sheets under multi-physical loadings based on Cooper-Naghdi theory is investigated. The material properties of the micro structure are assumed to be temperature dependent, and each of the micro-tubes is placed on the Pasternak elastic foundations, and mechanical, moisture, thermal, electrical, and magnetic forces are effective on the structural behavior. The distributions of porous materials in three distributions such as non-linear non-symmetric, nonlinear-symmetric, and uniform are considered. The relationship including electro-magneto-hydro-thermo-mechanical loadings based on modified couple stress theory is obtained and moreover the governing equations of motion using the energy method and the Hamilton's principle are derived. Also, Navier's type solution is also used to solve the governing equations of motion. The effects of various parameters such as material length scale parameter, temperature change, various distributions of nanotube, volume fraction of nanotubes, porosity and Skempton coefficients, and geometric parameters on the natural frequency of double bonded micro sandwich cylindrical shells are investigated. Increasing the porosity and the Skempton coefficients of the core in micro sandwich cylindrical shell lead to increase the natural frequency of the structure. Cylindrical shells and porous materials in the industry of filters and separators, heat exchangers and coolers are widely used and are generally accepted today.
A high-order nonlocal strain gradient model is developed for wave propagation analysis of porous FG nanoplates resting on a gradient hybrid foundation in thermal environment, for the first time. Material properties are assumed to be temperature-dependent and graded in the nanoplate thickness direction. To consider the thermal effects, uniform, linear, nonlinear, exponential, and sinusoidal temperature distributions are considered for temperature-dependent FG material properties. On the basis of the refined-higher order shear deformation plate theory (R-HSDT) in conjunction with the bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory (B-H NSGT), Hamilton's principle is used to derive the equations of wave motion. Then the dispersion relation between frequency and wave number is solved analytically. The influences of various parameters (such as temperature rise, volume fraction index, porosity volume fraction, lower and higher order nonlocal parameters, material characteristic parameter, foundations components, and wave number) on the wave propagation behaviors of porous FG nanoplates are investigated in detail.
In this paper, wave propagation of double-bonded Cooper-Naghdi micro sandwich cylindrical shells with porous core and carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) face sheets are investigated subjected to multi-physical loadings with temperature dependent material properties. The governing equations of motion are derived by Hamilton's principle. Then, the influences of various parameters such as wave number, CNT volume fraction, temperature change, Skempton coefficient, material length scale parameter, porosity coefficient on the phase velocity of double-bonded micro sandwich shell are taken into account. It is seen that by increasing of Skempton coefficient, the phase velocity decreases for higher wave number and the results become approximately the constant. Also, by increasing of the material length scale parameter, the cut of frequency increases, because the stiffness of micro structure increases. The obtained results for this article can be used to detect, locate and quantify crack.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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