The present paper investigates the simultaneous resonance behavior of spiral stiffened multilayer functionally graded (SSMFG) cylindrical shells with internal and external functionally graded stiffeners under the two-term large amplitude excitations. The structure is embedded within a generalized nonlinear viscoelastic foundation which is composed of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness. The cylindrical shell has three layers consist of ceramic, FGM, and metal. The exterior layer of the cylindrical shell is rich ceramic while the interior layer is rich metal and the functionally graded material layer is located between these layers. With regard to classical shells theory, von-Kármán equation, and Hook law, the relations of stress-strain are derived for shell and stiffeners. The spiral stiffeners of the cylindrical shell are modeled according to the smeared stiffener technique. According to the Galerkin method, the discretized motion equation is obtained. The simultaneous resonance is obtained using the multiple scales method. Finally, the influences of different material and geometrical parameters on the system resonances are investigated comprehensively.
Hadji, Lazreg;Zouatnia, Nafissa;Meziane, Mohamed Ait Amar;Kassoul, Amar
Earthquakes and Structures
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v.13
no.5
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pp.509-518
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2017
The objective of the present paper is to investigate the bending behavior with stretching effect of carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) beams. The beams resting on the Pasternak elastic foundation, including a shear layer and Winkler spring, are considered. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are aligned and distributed in polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The material properties of the CNTRC beams are estimated by using the rule of mixture. The significant feature of this model is that, in addition to including the shear deformation effect and stretching effect it deals with only 4 unknowns without including a shear correction factor. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are aligned and distributed in polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The material properties of the CNTRC beams are assessed by employing the rule of mixture. The equilibrium equations have been obtained using the principle of virtual displacements. The mathematical models provided in this paper are numerically validated by comparison with some available results. New results of bending analyses of CNTRC beams based on the present theory with stretching effect is presented and discussed in details. the effects of different parameters of the beam on the bending responses of CNTRC beam are discussed.
Hamed, Mostafa A.;Mohamed, Salwa A;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.75-89
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2020
The current paper illustrates the effect of in-plane varying compressive force on critical buckling loads and buckling modes of sandwich composite laminated beam rested on elastic foundation. To generalize a proposed model, unified higher order shear deformation beam theories are exploited through analysis; those satisfy the parabolic variation of shear across the thickness. Therefore, there is no need for shear correction factor. Winkler and Pasternak elastic foundations are presented to consider the effect of any elastic medium surrounding beam structure. The Hamilton's principle is proposed to derive the equilibrium equations of unified sandwich composite laminated beams. Differential quadrature numerical method (DQNM) is used to discretize the differential equilibrium equations in spatial direction. After that, eigenvalue problem is solved to obtain the buckling loads and associated mode shapes. The proposed model is validated with previous published works and good matching is observed. The numerical results are carried out to show effects of axial load functions, lamination thicknesses, orthotropy and elastic foundation constants on the buckling loads and mode shapes of sandwich composite beam. This model is important in designing of aircrafts and ships when non-uniform compressive load and shear loading is dominated.
Shariati, Ali;Ebrahimi, Farzad;Karimiasl, Mahsa;Selvamani, Rajendran;Toghroli, Ali
Advances in nano research
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v.9
no.3
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pp.183-191
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2020
The content of this study focuses on bending of flexoelectric Magneto-Electro-Elastic (MEE) nanobeams inserted within the foundation of Winkler-Pasternak according to nonlocal elasticity theory. Applying Hamilton's principle, the nonlocal nanobeams' governing equations in the framework higher order refined beam theory are attained and resolved through adapting an analytical solution. A parametric research is demonstrated for studying the effects that magneto-electro-mechanical loadings, the nonlocal parameter, flexoelectric, as well as the aspect ratio all have on the deflection properties of nanobeams. A discovery lead to beam geometrical parameters, the boundary conditions, flexoelectricity and nonlocal parameter partake substantial effects on nanoscale beams' dimensionless deflection.
In this study, a four-node quadrilateral partial mixed plate element with low degrees of freedom (dofs) is developed for static and free vibration analysis of functionally graded material (FGM) plates rested on Winkler-Pasternak elastic foundations. The formulation of the presented finite element model is based on a parametrized mixed variational principle which is developed recently by the first author. The presented finite element model considers the effects of shear deformations and normal flexibility of the FGM plates without using any shear correction factor. It also fulfills the boundary conditions of the transverse shear and normal stresses on the top and bottom surfaces of the plate. Beside these capabilities, the number of unknown field variables of the plate is only six. The presented partial mixed finite element model has been validated through comparison with the results of the three-dimensional (3D) theory of elasticity and the results obtained from the classical and high-order plate theories available in the open literature.
This paper investigated bending of magneto-electro-elastic (MEE) nanobeams under hygro-thermal loading embedded in Winkler-Pasternak foundation based on nonlocal elasticity theory. The governing equations of nonlocal nanobeams in the framework parabolic third order beam theory are obtained using Hamilton's principle and solved implementing an analytical solution. A parametric study is presented to examine the effect of the nonlocal parameter, hygro-thermal-loadings, magneto-electro-mechanical loadings and aspect ratio on the deflection characteristics of nanobeams. It is found that boundary conditions, nonlocal parameter and beam geometrical parameters have significant effects on dimensionless deflection of nanoscale beams.
Two hyperbolic displacement models are used for the bending response of simply-supported orthotropic laminated composite plates resting on two-parameter elastic foundations under mechanical loading. The models contain hyperbolic expressions to account for the parabolic distributions of transverse shear stresses and to satisfy the zero shear-stress conditions at the top and bottom surfaces of the plates. The present theory takes into account not only the transverse shear strains, but also their parabolic variation across the plate thickness and requires no shear correction coefficients in computing the shear stresses. The governing equations are derived and their closed-form solutions are obtained. The accuracy of the models presented is demonstrated by comparing the results obtained with solutions of other theories models given in the literature. It is found that the theories proposed can predict the bending analysis of cross-ply laminated composite plates resting on elastic foundations rather accurately. The effects of Winkler and Pasternak foundation parameters, transverse shear deformations, plate aspect ratio, and side-to-thickness ratio on deflections and stresses are investigated.
The transverse vibration of double walled carbon nanotube (DWCNT) embedded in elastic medium with an initial imperfection is considered. In this paper, Timoshenko beam theory is employed. However the nonlocal theory is used for modeling the nano scale of nanotube. In addition, the governing Equations of motion are obtained utilizing the Hamilton's principle and simply-simply boundary conditions are assumed. Furthermore, the Navier method is used for determining the natural frequencies of DWCNT. Hence, some parameters such as nonlocality, curvature amplitude, Winkler and Pasternak elastic foundations and length of the curved DWCNT are analyzed and discussed. The results show that, the curvature amplitude causes to increase natural frequency. However, nonlocal coefficient and elastic foundations have important role in vibration behavior of DWCNT with imperfection.
In this article, the critical buckling of a single-walled carbon nanotube (SWCNT) embedded in Kerr's medium is studied. Based on the nonlocal continuum theory and the Euler-Bernoulli beam model. The governing equilibrium equations are acquired and solved for CNTs subjected to mechanical loads and embedded in Kerr's medium. Kerr-type model is employed to simulate the interaction of the (SWNT) with a surrounding elastic medium. A first time, a comparison with the available results is made, and another comparison between various models Winkler-type, Pasternak-type and Kerr-type is studied. Effects of nonlocal parameter and aspect ratio of length to diameter of nanobeam, as well as the foundation parameters on buckling of CNT are investigated. These results are important in the mechanical design considerations of nanocomposites based on carbon nanotubes.
This article deals with the vibrational response of a nanobeam made of bi-directional FG materials which is modeled via nonlocal strain gradient theory along with HSDT. Also, the nanobeam is placed on a Winkler-Pasternak foundation and is under axial mechanical loading. By using the variational energy method, the formulation and end conditions are obtained. Then, DSC-IM, as the numerical solution procedure is employed to extract the results. The material properties of the nanobeam are FG which varies in two directions with in exponential manner. The results from DDN are verified by using other papers. Lastly, a thorough parametric investigation is presented to investigated the effect of different parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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