In this paper, the thermo-mechanical buckling characteristics of functionally graded (FG) size-dependent Timoshenko nanobeams subjected to an in-plane thermal loading are investigated by presenting a Navier type solution for the first time. Material properties of FG nanobeam are supposed to vary continuously along the thickness according to the power-law form and the material properties are assumed to be temperature-dependent. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal governing equations are derived based on Timoshenko beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate critical buckling temperature results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as material distribution profile, small scale effects and aspect ratio on the critical buckling temperature of the FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the thermal buckling of a FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.
Alazwari, Mashhour A.;Eltaher, Mohamed A.;Abdelrahman, Alaa A.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.6
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pp.707-723
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2022
This article aims to investigate the size dependent bending behavior of perforated nanobeams incorporating the nonlocal and the microstructure effects based on the nonlocal strain gradient elasticity theory (NSGET). Shear deformation effect due to cutout process is studied by using Timoshenko beams theory. Closed formulas for the equivalent geometrical characteristics of regularly squared cutout shape are derived. The governing equations of motion considering the nonlocal and microstructure effects are derived in comprehensive procedure and nonclassical boundary conditions are presented. Analytical solution for the governing equations of motion is derived. The derived non-classical analytical solutions are verified by comparing the obtained results with the available results in the literature and good agreement is observed. Numerical results are obtained and discussed. Parametric studies are conducted to explore effects of perforation characteristics, the nonclassical material parameters, beam slenderness ratio as well as the boundary and loading conditions on the non-classical transverse bending behavior of cutout nanobeams. Results obtained are supportive for the design, analysis and manufacturing of such nanosized structural system.
Applying the topological theory of rubber elasticity which was suggested by K. Iwata to the newly devised body-centered cubic lattice model, the authors calculated the values of four terms of the free energy to form polymer networks. Finding the projection matrix of the BCL model, and comparing this with the values of the simple cubic lattice (abbreviated to SCL hereafter) model of K. Iwata, the authors obtained the stress versus strain curves and found that the curves are in good agreement with the experimental results of poly(dimethyl siloxane) networks.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.153-160
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2002
Based on a generalized variational principle for magneto-thermo-elasticity, a theoretical model is proposed to describe the coupled magneto-thermo-elastic interaction in soft ferromagnetic plates. Using the linearized theory of magneto-elasticity and perturbation technique, we analyze the magneto-elastic and magneto-thermo- elastic instability of simply supported ferromagnetic plates subjected to thermal and magnetic fields. A nonlinear finite element procedure is developed next to simulate the magneto-thermo-elastic behavior of a finite-size ferromagnetic plates. The effects of thermal and magnetic fields on the magneto-thermo-elastic bending and buckling is investigated in some detail.
Traditional international trade theory assumes that import goods and domestically produced goods of the same industry are equal in quality. However the substitutability of the two goods is imperfect. This article estimated the import functions of pulp and paper using econometric and vector autoregressive models, and calculated the elasticities of substitution between imported and domestically produced pulp and paper. The import of pulp is inelastic to import price and domestic price, and elastic to national income in econometric model. And it is inelastic to import price, domestic price and national income in vector autoregressive model. On the other hand, the import of paper is inelastic to domestic price, and elastic to import price and national income in econometric model. And it is inelastic to import price and domestic price, and elastic to national income in vector autoregressive model. The elasticity of substitution between imported and domestically produced pulp was positive, and the elasticity was respectively 0.42 and 0.20 in econometric and vector autoregressive models. This may be because of the high proportion of imports. On the other hand, the elasticity of substitution between imported and domestically produced paper was positive, and the elasticity was respectively 0.75 and 0.81 in econometric and vector autoregressive models. This may be because the quality of imported paper is different from that of domestically produced paper.
Khetir, Hafid;Bouiadjra, Mohamed Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.4
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pp.391-402
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2017
In this paper, a new nonlocal trigonometric shear deformation theory is proposed for thermal buckling response of nanosize functionally graded (FG) nano-plates resting on two-parameter elastic foundation under various types of thermal environments. This theory uses for the first time, undetermined integral variables and it contains only four unknowns, that is even less than the first shear deformation theory (FSDT). It is considered that the FG nano-plate is exposed to uniform, linear and sinusoidal temperature rises. Mori-Tanaka model is utilized to define the gradually variation of material properties along the plate thickness. Nonlocal elasticity theory of Eringen is employed to capture the size influences. Through the stationary potential energy the governing equations are derived for a refined nonlocal four-variable shear deformation plate theory and then solved analytically. A variety of examples is proposed to demonstrate the importance of elastic foundation parameters, various temperature fields, nonlocality, material composition, aspect and side-to-thickness ratios on critical stability temperatures of FG nano-plate.
Ebrahimi, Farzad;Dabbagh, Ali;Rabczuk, Timon;Tornabene, Francesco
Advances in nano research
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v.7
no.2
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pp.135-143
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2019
The important effect of porosity on the mechanical behaviors of a continua makes it necessary to account for such an effect while analyzing a structure. motivated by this fact, a new two-step porosity dependent homogenization scheme is presented in this article to investigate the wave propagation responses of functionally graded (FG) porous nanobeams. In the introduced homogenization method, which is a modified form of the power-law model, the effects of porosity distributions are considered. Based on Hamilton's principle, the Navier equations are developed using the Euler-Bernoulli beam model. Thereafter, the constitutive equations are obtained employing the nonlocal elasticity theory of Eringen. Next, the governing equations are solved in order to reach the wave frequency. Once the validity of presented methodology is proved, a set of parametric studies are adapted to put emphasis on the role of each variant on the wave dispersion behaviors of porous FG nanobeams.
Nazemnezhad, Reza;Rabiei, Mohaddese;Shafa'at, Pouyan;Eshaghi, Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.4
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pp.535-547
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2021
This paper concerns with free torsional vibration analysis of size dependent circular nanobars with von kármán type nonlinearity. Although review of the literature suggests several studies employing nonlocal elasticity theory to investigate linear torsional behavior, linear/nonlinear transverse vibration and buckling of the nanoscale structures, so far, no study on the nonlinear torsional behavior of the nanobars, considering the size effect, has been reported. This study employs nonlocal elasticity theory along with a variational approach to derive nonlinear equation of motion of the nanobar. Then, the nonlinear equation is solved using the elliptic functions to extract the natural frequencies of the structure under fixed-fixed and fixed-free end conditions. Finally, the natural frequencies of the nanobar under different nanobar lengths, diameters, nonlocal parameters, and amplitudes of vibration are reported to illustrate the effect of these parameters on the vibration characteristics of the nanobars. In addition, the phase plane diagrams of the nanobar for various cases are reported.
Yaylaci, Ecren Uzun;Oner, Erdal;Yaylaci, Murat;Ozdemir, Mehmet Emin;Abushattal, Ahmad;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.1
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pp.35-48
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2022
This paper investigates the artificial neural network (ANN) to predict the dimensionless parameters for contact pressures and contact lengths under the rigid punch, the initial separation loads, and the initial separation distances of a contact problem. The problem consisted of two elastic infinitely layers (EL) loaded by means of a rigid cylindrical punch and resting on a half-infinite plane (HP). Firstly, the problem was formulated and solved theoretically using the Theory of Elasticity (ET). Secondly, the contact problem was extended based on the ANN. External load, the radius of punch, layer heights, and material properties were created by giving examples of different values used at the training and test stages of ANN. Finally, the accuracy of the trained neural networks for the case was tested using 134 new data, generated via ET solutions to determine the best network model. ANN results were compared with ET results, and well agreements were achieved.
Gradient elastic flexural beams are dynamically analysed by analytic means. The governing equation of flexural beam motion is obtained by combining the Bernoulli-Euler beam theory and the simple gradient elasticity theory due to Aifantis. All possible boundary conditions (classical and non-classical or gradient type) are obtained with the aid of a variational statement. A wave propagation analysis reveals the existence of wave dispersion in gradient elastic beams. Free vibrations of gradient elastic beams are analysed and natural frequencies and modal shapes are obtained. Forced vibrations of these beams are also analysed with the aid of the Laplace transform with respect to time and their response to loads with any time variation is obtained. Numerical examples are presented for both free and forced vibrations of a simply supported and a cantilever beam, respectively, in order to assess the gradient effect on the natural frequencies, modal shapes and beam response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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