به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « functionally graded materials » در نشریات گروه « مکانیک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «functionally graded materials» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • Reza Nazemnezhad *
    In this paper, the size dependency of the nonlinear free longitudinal vibration of axially functionally graded (AFG) nanorods is studied using the nonlocal elasticity theory. A power-law distribution is considered for the variations of the nanorod material properties through its length. The nonlinear equation of motion including the von-Karman geometric nonlinearity is derived using Hamilton’s principle. Then, a solution for the linear equation of motion is obtained using the harmonic differential quadrature method, and mode shapes and natural frequencies are extracted. In the next step, the nonlinear natural frequencies are calculated by solving the nonlinear equation of motion using the multiple scales method. Two types of boundary conditions are considered, i.e. fixed-fixed and fixed-free. The presented results include effects of various parameters like nanorod length and diameter, amplitude of vibration, small scale parameter, and frequency number, on the natural frequencies. In addition, a comparative study is conducted to evaluate the effects of the type of linear mode shape on the nonlinear natural frequencies.
    Keywords: Nonlinear Longitudinal Vibration, Nanorod, Functionally Graded Materials, Nonlocal Elasticity Theory}
  • H .Benaddi, B. Rebai, K. Mansouri, N. Seyam, Ashraf Zenkour *

    This comprehensive study investigates the behavior of functionally graded (FG) nanoplates, providing insights into their characteristics and important design considerations. By examining factors such as homogenization models (Voigt Reuss, LRVE, and Tamura), volume fraction laws (power-law model, Viola-Tornabene four-parameter model, trigonometric model), eigenmode, aspect ratios, index material, and small-scale length parameters, the study evaluates their influence on the natural frequency response of simply supported nanoplates. A novel twisting function is introduced and its accuracy in predicting natural frequencies in FG square nanoplates is rigorously validated through numerical comparisons with existing literature. The findings obtained from this research offer valuable guidance for optimizing the design of FG nanoplates and significantly contribute to advancing our understanding of their dynamics and practical applications.

    Keywords: Functionally Graded Materials, Small-Scale Length Parameter, Homogenization Models, Volume Fraction Laws, Vibrational Behavior}
  • Şeref Akbaş *
    This investigation presents material nonlinear analysis of a cantilever bar element made of functionally graded material with porosity properties. The material properties of bar element are considered as changing though axial direction based on the Power-Law distribution and uniform porosity distribution. The stress-strain relation of the material is considered as a nonlinear property according to a Power-Law function. The cantilever bar element is subjected to a point load at the free end. In order to obtain more realistic solution for the nonlinear problem and axially material distribution, nonlinear finite element method is used. In the obtaining of finite element equations, the virtual work principle is used and, after linearization step, the tangent stiffness matrix and residual vector are obtained. In the nonlinear solution process, the incremental force method is implemented and, each load step, the nonlinear equations are solved by using the Newton-Raphson iteration method. In the numerical results, effects of material nonlinearity parameters, porosity coefficients, material distribution parameter and aspect ratios on nonlinear static deflections of the bar are presented and discussed. The obtained results show that the material nonlinear behaviour of the bar element is considerably affected with porosity and material graduation.
    Keywords: Material Nonlinearity, Functionally Graded Materials, Porosity, Nonlinear Solution, Finite Element Method}
  • Lazreg Hadji, Vagelis Plevris, George Papazafeiropoulos

    In the present work, a displacement-based high-order shear deformation theory is introduced for the static response of functionally graded plates. The present theory is variationally consistent and strongly similar to the classical plate theory in many aspects. It does not require the shear correction factor, and gives rise to the transverse shear stress variation so that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness to satisfy free surface conditions for the shear stress. By dividing the transverse displacement into the bending and shear parts and making further assumptions, the number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced a and hence makes them simple to use. The material properties of the plate are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of volume fractions of material constituents. The equilibrium equations of a functionally graded plate are given based on the higher order shear deformation theory. The numerical results presented in the paper are demonstrated by comparing the results with solutions derived from other higher-order models found in the literature and the present numerical results of Finite Element Analysis (FEA). In the numerical results, the effects of the grading materials, lay-up scheme and aspect ratio on the normal stress, shear stress and static deflections of the functionally graded sandwich plates are presented and discussed. It can be concluded that the proposed theory is accurate, elegant and simple in solving the problem of the bending behavior of functionally graded plates.

    Keywords: Sandwich Plates, Functionally Graded Materials, Higher-Order Plate Theory, Stress, FEA}
  • Rouzbeh Mahmoudi, Mohammad Hosseini *, Ahmad Soleimani
    The dynamics behavior and stability of axially functionally graded fluid-conveying nanotube is investigated, in this paper. The simultaneous influence of both fluid flow and variation of modulus of elasticity on the behavior of simply–simply supported (S-S) and clamp-clamp (C-C) boundary conditions conveying fluid were studied. Small-scale effects are considered using nonlocal couple stress theory in the solid part and in the fluid part. Based on the nonlocal couple stress theory, Bernoulli-Euler beam theory, and Hamilton’s principle, the governing equation of motion, and associated boundary conditions were derived to explain fluid-structure interaction (FSI). These equations were solved using Galerkin numerical method and temporal differential equation analysis method. The effects of some parameters such as Knudsen number, density, size parameter, and … were investigated. According to the results, it can be seen that the present method has created an equilibrium for the effect of the size parameters (μ, l) on the critical velocity. The higher value of the Knudsen number caused sooner divergence and flutter instabilities to happen. The results show that if the parameters of the size effect are not considered, it causes errors in the calculations. The obtained results confirm the crucial effects of size.
    Keywords: size-dependent solid-fluid interaction, nonlocal couple stress theory, Functionally Graded Materials, nanotube}
  • Behrooz Shahriari *, Mohammad Reza Karamoozravari
    This paper is dealing with the Elastoplastic analysis of rotating disks of variable thickness made of functionally graded materials based on Tresca's yield criterion. To do so, the governing equations of rotating annular disks are established based on the elasticity theory. Then, using Tresca's yield criterion and the elastic-perfectly plastic flow law, the displacement equations and stresses are obtained in the plastic region. In order to find the effects of the shape of the disk profile on its stress distribution, the thickness of the disk cross-section is supposed to vary as an exponential function of the radius. In addition, considering different places at which the yielding starts, the process of expanding the plastic flow is investigated. The obtained results are validated against those reported for homogeneous as well as constant thickness FGM disks, showing good agreement. The findings also demonstrate that taking the variable thickness for the disk cross-section into account has a significant effect on the stress distribution and prediction of the place where the yielding initiate.
    Keywords: rotating disk, Elastoplastic Analysis, Functionally graded materials, Tresca yield criterion}
  • مرتضی خادمی کوهی، میثم شکوری

    امروزه پوسته های استوانهای دوار دارای کاربردهای صنعتی نظیر سانتریفیوژها، توربینها، خشککنها، شفتهای دوار، موتورها و ورتورها میباشند. بنابراین بررسی ارتعاشاتی آنها ضروری به نظر می رسد. این پژوهش به تحلیل و بررسی اثر خواص مکانیکی الاستیک بر روی رفتارپوسته مانند و تیرمانند در ارتعاشات پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد با خواص گرادیانی (FGM) با شرایط مرزی مختلف با در نظر گرفتن اثر پارا متر مقیاس طول با مقادیر متفاوت وهمچنین اثر شعاع و ضخامت متغیر پرداخته شده است. نتایج نشان دهنده این موضوع است که مدول الاستیسیته و ضریب پواسون با مقادیر مختلف تاثیری بر رفتار ارتعاشاتی پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد با خواص گرادیانی تاثیر ندارد و همچنین با افزایش قید (شرایط مرزی) خیز (جابجایی) کمتر و فرکانس طبیعی افزایش پیدا می کند و با افزایش مقدار پارامتر طول اثر شرایط مرزی کاهش پیدا می کند. درپایان و رابطه ای جهت نشان دادن تغییر رفتار از پوسته مانند به تیرمانند به دست آمده است. نتایج با سایر ادبیات دارای مطابقت بسیار خوبی است.

    کلید واژگان: ارتعاشات, پوسته های استوانه ای, مواد با خواص گرادیانی, خواص مکانیکی الاستیک, شرایط مرزی مختلف}
    morteza khademi-kouhi, meisam shakouri

    Nowadays, rotating cylindrical shells have industrial applications such as centrifuges, turbines, dryers, rotating shafts, motors and rotors. Therefore, it seems necessary to study their vibrations. This research analyzes and investigates the effect of elastic mechanical properties on shell-like and beam-like behavior in the vibrations of cylindrical shells made of materials with gradient properties (FGM) with different boundary conditions, considering the effect of the length scale parameter with values different and also the effect of varying radius and thickness has been discussed. The results show that the modulus of elasticity and Poisson's ratio with different values ​​have no effect on the vibration behavior of cylindrical shells made of materials with gradient properties, and also with the increase of the constraint (boundary conditions), the displacement (displacement) is less and the natural frequency increases. and the effect of the boundary conditions decreases with the increase of the length parameter. Finally, a relationship has been obtained to show the behavior change from shell-like to arrow-like. The results are in good agreement with other literature.

    Keywords: Vibrations, cylindrical shells, Functionally graded materials, elastic mechanical properties, different boundary conditions}
  • حسین آذریون، محمدرضا الهامی

    در این پژوهش فرض شده است که پوسته ساندویچی خارجی دارای هسته ساخته شده از مواد مدرج تابعی همراه با وصله های پیزوالکتریک باشد و پوسته داخلی از جنس کامپوزیت‏های لایه‏ ای باشد. پوسته‏ های استوانه‏ای دوجداره دارای سه محیط آکوستیک خارجی، داخلی و میانی هستند و تحت برخورد امواج آکوستیک با زاویه اثر مشخص قرار گرفته اند. معادلات دینامیکی سازه با استفاده از فرضیه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پوسته‏ ها و اصل همیلتون استخراج شده‏اند و همراه با شرایط مرزی سیال/سازه معادلات نهایی را تشکیل می‏دهند. با استفاده از بسط‏های سری فوریه فشار‏های صوت ورودی، برگشتی و خروجی و جابجایی‏ های پوسته، معادلات دینامیکی گسسته ‏سازی شده و به فرم ماتریس حالت در می‏آیند. بعد از اعتبارسنجی نتایج با مقالات موجود ، نهایتا اثرات، ولتاژ اعمالی از طرف وصله ‏های پیزوالکتریک، درصد مواد تابعی، زاویه الیاف بکار رفته در کامپوزیت ها، انواع مواد کامپوزیتی، تعداد وصله‏های پیزوالکتریک و زاویه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فرکانسی مشخصی مورد ارزیابی قرار گرفته است. و در نهایت پارامترهای ولتاژ اعمالی از طرف وصله ‏های پیزوالکتریک، درصد مواد تابعی، زاویه الیاف بکار رفته در کامپوزیت ها، انواع مواد کامپوزیتی، تعداد وصله‏ های پیزوالکتریک و زاویه برخورد ، افت انتقال صوت را بیشتر کرد.

    کلید واژگان: افت انتقال صوت, پوسته های استوانه ای, مواد مدرج تابعی, پیزوالکتریک, تئوری میدان برشی مرتبه اول}
    hossein Azarioun, MohammadReza Elhami

    In this study, it is assumed that the outer shell of the sandwich has a core made of functional calibrated materials with piezoelectric patches and the inner shell is made of layered composites. Double-walled cylindrical shells have three external, internal and middle acoustic environments and are exposed to acoustic waves with a specific angle of effect. The dynamic equations of the structure are derived using the hypothesis of first-order shear displacement field of shells and Hamilton principle and together with the fluid / structure boundary conditions form the final equations. Using the Fourier series expansions of the input, return, and output sound pressures and shell displacements, the dynamic equations are discretized to form a state matrix. After validating the results with existing articles, finally the effects, voltage applied by piezoelectric patches, percentage of functional materials, angle of fibers used in composites, types of composite materials, number of piezoelectric patches and angle of impact on the structure of sound transmission behavior It has been evaluated in a certain frequency range. Finally, the voltage parameters applied by the piezoelectric patches, the percentage of functional materials, the angle of the fibers used in the composites, the types of composite materials, the number of piezoelectric patches and the angle of impact increased the sound loss.

    Keywords: : Sound transmission loss, Cylindrical shells, Functionally graded materials, Piezoelectric, First-order shear deformation Theory}
  • رضا ناظم نژاد*، حسن شکراللهی
    هدف این پژوهش، بررسی تاثیر انرژی سطح بر ارتعاشات آزاد محوری نانومیله های تابعی مدرج ترکداری است که بر اساس تیوری رایلی میله ها مدل شده اند. در تیوری رایلی، اثر اینرسی جابجایی های جانبی علاوه بر اینرسی محوری در نظر گرفته می شود. فرض شده است جنس نانومیله در راستای طول خود تابعی مدرج باشد و بر اساس رابطه توانی تغییر نماید. ترک نیز، با یک فنر خطی که سفتی آن متناسب با شدت ترک می باشد مدل شده است. انرژی سطح نیز شامل تاثیر پارامترهای چگالی سطح، تنش سطح و ثابت لامه سطح می باشند. بدلیل در نظر گرفتن اثر پارامترهای انرژی سطح، معادلات حرکت و شرایط مرزی بصورت ناهمگن ظاهر شده اند که به منظور حل آنها، ابتدا با استفاده از یک تغییر متغیر مناسب، تبدیل به معادلات همگن شده اند. سپس با استفاده از روش مربعات دیفرانسیل هارمونیک، فرکانس های طبیعی به ازای دو شرط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد استخراج شده اند. علاوه بر نوع شرط مرزی، تاثیر عواملی مانند طول و شعاع نانومیله، شدت و محل ترک، و شماره مود فرکانسی بر فرکانس های طبیعی نانومیله تابعی مدرج ترکدار در حضور انرژی سطح بررسی و گزارش شده است.
    کلید واژگان: تئوری رایلی میله ها, ترک, انرژی سطح, ارتعاشات آزاد محوری, مواد تابعی مدرج}
    R. Nazemnezhad *, H. Shokrollahi
    The aim of this research is investigation of surface enerfy effet on free axial vibration of cracked functionally graded nanorods modelled based on the Rayleigh theory of rods. In Rayleigh theory, the effect not only of the axial inertia but also of the inertia of lateral motions are considered. It is assumed that the material of nanorod is functionally graded in its length direction and varies as power low relation. The crack is also modelled as a linear spring in which its stiffness is proporsional to crack severity. The surface energy is included effects of the surface density, surface stress and surface Lame constants parameters. Due to considering the effect of surface energy parameters, the governing equations of motions and corresponding boundary conditions become inhomogeneous in which to solve them, they are converted to homogeneus ones using an appropriate change of variable, firstly. Then, the natural frequencies of fixed-fixed and fixed-free nanorods are extracted using the method of harmonic differential quadrature. In addition to type of boundary condition, effects of parameters like length and radius of nanorod, severe and location of crack, and mode number on natural axial frequencies of cracked functionally graded nanorods in presence of surface energy are investigated.
    Keywords: Rayleigh Theory, Crack, Surface Energy, Free Axial Vibration, functionally graded materials}
  • محمدرضا الهامی*، حسین آذریون، خداداد واحدی

    در این پژوهش، به بررسی افت انتقال صوت در یک پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی همراه با وصله های پیزوالکتریک با استفاده از نظریه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پرداخته شده است. همچنین فرض شده است که پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی ترکیبی از سرامیک و فلز باشد و به وسیله مدل تابع توانی، خواص مواد در جهت ضخامت آن متغیر در نظر گرفته شده است. قابل ذکر است که از وصله های پیزوالکتریک در بیرون و داخل پوسته به عنوان عملگر و سنسور استفاده شده است. کل سازه در یک محیط آکوستیکی حاوی هوا غوطه ور است و تحت برخورد امواج آکوستیکی با زاویه برخورد مشخص قرار گرفته است. معادلات دینامیکی سازه با استفاده از فرضیه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پوسته ها، اصل همیلتون و شرایط مرزی سیال/سازه استخراج شده اند. با استفاده از سری فوریه، فشار های صوت برخوردی، برگشتی و خروجی و جابجایی های پوسته، معادلات دینامیکی گسسته سازی شده و به فرم ماتریس حالت ارایه شده اند. بعد از اعتبارسنجی نتایج، نهایتا اثرات ولتاژ اعمالی از طرف وصله های پیزوالکتریک، درصد مواد مدرج تابعی، تعداد وصله های پیزوالکتریک، زاویه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فرکانسی مشخصی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان داد که با افزایش پارامتر ایندکس تابع توانی افت انتقال صوت در محدوده فرکانس پایین کاهش می یابد. همچنین ولتاژ اعمالی قادر به بهبود افت انتقال صوت در سازه خصوصا در نواحی فرکانس بالا بوده است.

    کلید واژگان: افت انتقال صوت, پوسته های استوانه ای, مواد مدرج تابعی, پیزوالکتریک, تئوری میدان برشی مرتبه اول}
    Mohammad Reza Elhami *, Hossein Azariun, Khodadad Vahedi

    In this study, sound transmission loss of a cylindrical shell made out of functionally graded materials with an arrangement of piezoelectric patches is investigated in the framework of the first-order shear deformation theory. Also, power law model is utilized to take into account material characteristics distribution along the thickness of the shell. It is noteworthy that both outer and inner piezoelectric patches are used as actuator and sensor. The structure is immersed in an acoustic medium of air and is subjected to acoustic waves with certain incident angle. The derivation of vibroacoustic equations in the form of coupled relations is realized by implementing Hamilton’s principle in conjunction with fluid/structure compatibility conditions. An analytical method is exploited to solve the coupled vibroacoustic governing equations with Fourier series. After validation study, parameter studies reveal the effects of the functionally graded index, incident angles, external electric voltage, and characteristics of piezoelectric patches on the sound transmission loss behavior of the structure in a certain frequency domain. Results indicated that with increasing the power law index, sound transmission loss decreases in the low-frequency region. Also, the applied voltage is able to improve the sound transmission loss especially in high-frequency region.

    Keywords: Sound transmission loss, Cylindrical shells, Functionally graded materials, Piezoelectric, First-order shear deformation Theory}
  • سید محمدحسین حسینی چالشتری، هادی آروین بروجنی*، محسن بت شکنان دهکردی

    در این مقاله به بررسی ویژگی های ارتعاشی میکروتیرهای چرخان اویلر-برنولی ساخته شده از مواد هدفمند در محیط گرمایی بر اساس تیوری تنش کوپل اصلاح شده پرداخته می شود. جهت در نظر گرفتن اثرات نیروی گریز از مرکز برای میکروتیرهای چرخان هدفمند از انرژی جنبشی میکروتیر چرخان استفاده شده که قادر به اصلاح اشتباه رایج در میکروتیرهای چرخان هدفمند بوده که اثر نیروی گریز از مرکز تنها به صورت یک نیروی محوری در نظر گرفته می شود. تاثیر پارامتر اندازه، تغییر دما، ضریب قانون توانی ماده هدفمند و نسبت لاغری بر فرکانس طبیعی اول و شکل مودهای اول و دوم بررسی می گردد.

    کلید واژگان: میکروتیر چرخان, مواد هدفمند, روش المان محدود, روش نیوتن-رفسون, شکل مود}
    Seyyed MohammadHossein Hosseini, Hadi Arvin Boroujeni *, Mohsen Botshekanan

    The free vibration features of rotating functionally graded microbeams in thermal environmentare presented in this paper. The governing equations are extracted on the basis of the Euler-Bernoulli beam assumptions beside the modified couple stress theory. The finite elementmethod is applied on the weak form of the strain and the kinetic energies to extract the naturalfrequencies and the associated modeshapes. The nonlinear static equations of motion due to therotation and the thermal environment are treated employing the Newton-Raphson technique.Moreover, the natural frequencies are estimated from the linearized equations of motion aboutthe static configuration. After the validation of the present results, the rotation speed, thematerial length scale parameter, the temperature change, the power law exponent and theslenderness ratio impacts on the fundamental natural frequency and the first and the secondmodeshapes are examined. The outcomes indicate the increment of the natural frequency aftera threshold value of the power law exponent depends on a given rotation speed for the rotatingmicrobeams in comparison with the stationary microbeams. Furthermore, the modeshapes ofrotating functionally graded microbeams vary by the power law exponent while for stationaryfunctionally graded microbeams the modeshapes are invariant with respect to the power lawexponent even in the presence of the thermal environment.

    Keywords: Rotating microbeams, Functionally graded materials, finite element method, Newton-Raphson method, modeshape}
  • Faraz Kiarasi, Masoud Babaei, Pouya Sarvi, Kamran Asemi *, Mohammad Hosseini, Mostafa Omidi Bidgoli

    Nowadays, there is a high demand for great structural implementation and multifunctionality with excellent mechanical properties. The porous structures reinforced by graphene platelet (GPLs) having valuable properties, such as heat resistance, lightweight, and excellent energy absorption, have been considerably used in different engineering implementations. However, stiffness of porous structures reduces significantly, due to the internal cavities, by adding GPLs into porous medium, effective mechanical properties of porous structure considerably enhances. To boost the efficiency and capability of structures, functionally graded (FG) porous structures reinforced by GPLs have been suggested in the literature. Therefore, some researchers tried to figure out the fantastic characteristics of these structures and research activities in this emerging area have been rapidly increasing. The present paper (a) briefly reviews the mechanical properties of functionally graded porous composites reinforced by GPLs and discusses the existing micromechanics model for the prediction of effective mechanical properties; (b) presents a comprehensive review on the mechanical analyses of these structures; (c) discuses the challenges and possible future works.

    Keywords: Functionally Graded Materials, Graphene platelets, Composite structures, Mechanical analyses, Porous}
  • رسول خدابخش*، علیرضا سعیدی، رضا بهاءالدینی

    در این مطالعه ارتعاشات غیرخطی لوله های حامل سیال از جنس مواد مرکب چند لایه تقویت شده با صفحات گرافن با تکیه گاه ساده در دو انتها و بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی به صورت تحلیلی مورد تحقیق قرار گرفته است. لایه های تشکیل دهنده دیواره لوله به صورت ترکیبی از مواد پلیمری و صفحات گرافن در نظر گرفته شده و میزان تقویت کنندگی صفحات گرافن به صورت لایه ای در جهت ضخامت دیواره لوله تغییر می کند. چهار الگوی مختلف توزیع صفحات تقویت کننده گرافن در راستای ضخامت لوله، تغییر شکل های بزرگ و میدان کرنش غیرخطی ون-کارمن در نظر گرفته شده است. معادلات غیرخطی حاکم به کمک اصل هامیلتون استخراج، با روش گالرکین به معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و با روش تحلیلی آنالیز هوموتوپی حل می گردد. تغییرات اولین فرکانس طبیعی غیرخطی سیستم بر حسب تغییرات دامنه اولیه، سرعت سیال عبوری، چگالی سیال عبوری و طول لوله و همچنین پاسخ زمانی ارتعاشات غیرخطی سیستم برای الگوهای مختلف توزیع صفحات گرافن شامل V، X، O و U ارایه و مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد اولین فرکانس طبیعی غیرخطی سیستم برای تمامی الگوهای توزیع صفحات گرافن با افزایش سرعت سیال، چگالی سیال و همچنین طول لوله، کاهش یافته اما با افزایش دامنه اولیه سیستم افزایش می یابد و همچنین الگوی توزیع V طی تغییر پارامترهای مورد بررسی بیشترین فرکانس غیرخطی را نسبت به سه الگوی توزیع دیگر دارا می باشد.

    کلید واژگان: لوله های حامل سیال, ارتعاشات غیرخطی, روش آنالیز هوموتوپی, مواد مدرج تابعی, صفحات گرافن}
    Rasoul Khodabakhsh *, AliReza Saidi, Reza Bahaadini

    In this study, nonlinear vibrations of simply-supported pipes conveying fluid made of multilayer graphene reinforced composite materials have been investigated analytically and based on the Euler-Bernoulli beam theory. The constituent layers of the pipe wall thickness are considered to be made of polymer and graphene platelets and the reinforcing graphene platelets are varied by layers in the pipe wall thickness direction. Four different patterns for distribution of reinforcing graphene platelets, large deformations, and Von-Karman nonlinear strain field are considered. The nonlinear governing equations are derived by the Hamilton principle, they are converted to the ordinary differential equations by the Galerkin method and then are solved analytically using the homotopy analysis method. The variations of the first nonlinear natural frequency of the system with respect to the variation of initial amplitude, fluid velocity, fluid density, pipe length, and also time response of the nonlinear vibrations of the system are presented for different distribution patterns V, X, O and U of the graphene platelets. The results show that the first nonlinear natural frequency of the system for all distribution patterns of graphene platelets is decreased by an increase of pipe length, fluid velocity, and density but increasing the initial amplitude increases the first nonlinear natural frequency and also the distribution pattern V has the highest nonlinear frequency comparing with the other distribution patterns.

    Keywords: Pipes conveying fluid, Nonlinear vibrations, Homotopy analysis method, Functionally graded materials, Graphene platelets}
  • H. Mazaheri *, K. Soleymani, A. Ghasemkhani
    In this paper, an analytical solution and a numerical simulation of the pH-sensitive hydrogel micro-valves exposed to pH variation are proposed. Case studies consist of micro-valve with homogeneous single-layer and FG hydrogel as the active part. The results of both methods are in good agreement indicating the validity of both methods. In addition, The numerical and analytical solutions were compared between two ranges of cross-linking densities of hydrogels. In order to reach a convergent solution for the finite element model of the micro-valve, the hydrogel layer is considered to have a number of different layers, and an appropriate number of layers are considered. In the next step, parameters affecting the micro-valve behavior are studied, which are the dimensionless thickness ratio, the number of acidic groups in the network, and the salt molarity of the external solution. The findings show that as the thickness ratio, number of acidic groups, and salt concentration in the external solution result increases, the hydrogel part of the micro-valve experiences a higher degree of swelling and deformation, which should be considered when designing these devices.
    Keywords: pH-sensitive hydrogels, Micro-valve, functionally graded materials, Analytical solution, Finite element method}
  • معصومه سلطانی*، علی آهنیان

    مواد مدرج تابعی، مصالحی نوین با ساختاری ناهمگن و ویژگی های منحصر به فرد هستند که در سال های اخیر نظر پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده اند. بنابراین در این مقاله برای اولین بار، ارتعاشات آزاد و پایداری تیر ماهیچه ای با مقطع جدار نازک ساخته شده از مواد مدرج تابعی محوری بر بستر الاستیک وینکلر مورد بررسی قرار می گیرد. فرض بر این است که خواص مکانیکی ماده (ضریب ارتجاعی و چگال) در راستای طول عضو به طور پیوسته و براساس توزیع توانی، متغیر و نسبت پواسون ثابت فرض شده است. معادلات حاکم بر حرکت و شرایط مرزی با استفاده از اصل همیلتون و روش انرژی به دست می آیند. تحلیل پایداری و ارتعاش آزاد بر پایه مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز و با اعمال اثرات محل اتصال بستر الاستیک و خروج از مرکزیت بار فشاری در معادلات انجام شده است. با استفاده از روش مربعات دیفرانسیلی، دستگاه معادلات گسسته و حل می گردد. سپس با اعمال شرایط مرزی روی پاسخ های به دست آمده و با استفاده از روش حل مقادیر ویژه، بار کمانشی و فرکانس ارتعاشی محاسبه می شوند. در پایان نتایج حاصل از این تحقیقدر خصوص تیر همگن با مقطع متغیر با نتایج دیگر تحقیقات جهت بررسی صحت و دقت محاسبات مقایسه گردیده و تاثیر پارامترهای مختلفی همچون طول عضو، شرایط مرزی، خروج از مرکزیت بار فشاری، تغییر ابعاد مقطع، توان ماده مدرج تابعی، سفتی بستر الاستیک و محل اتصال فنر وینکلر بر روی پایداری و ارتعاش آزاد مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلید واژگان: کمانش خمشی-پیچشی, فرکانس ارتعاشی, مواد مدرج تابعی, بستر وینکلر, روش مربعات دیفرانسیلی}
    Masoumeh Soltani *, Ali Ahanian

    The thin-walled beams are widely adopted in different structural components ranging from civil engineering to aeronautical applications due to their conspicuous characteristics. A slender thin-walled beam loaded initially in compression may buckle suddenly in flexural–torsional mode since its torsional strength is much smaller than bending resistance. In this paper, flexural-torsional stability and free vibration analyses of axially functionally graded tapered I-beam resting on Winkler elastic foundation are assessed. Considering the coupling between the flexural displacements and the twist angle, the motion equations are derived via Hamilton’s principle in association with Vlasov’s thin-walled beam theory. The differential quadrature method is applied to solve the system of differential equations and to acquire the critical buckling loads and natural frequencies. To validate the obtained results, at first, homogeneous tapered I-beam in the absence of elastic foundation was analyzed and compared with a finite element solution using ANSYS and other available benchmarks. Afterward, the numerical outcomes for axially graded non-prismatic I-beam resting on elastic foundation are reported in graphical form to find out the impacts of axial load position, beam’s length, end conditions, web and flanges tapering ratio, material gradient index, Winkler parameter and spring position on the non-dimensional buckling loads and vibration frequencies.

    Keywords: Flexural-Torsional Buckling, Vibration Frequency, Functionally Graded Materials, Winkler Foundation, Differential Quadrature Method}
  • Lazreg Hadji, Mehmet Avcar *
    In the present work, free vibration analysis of the square sandwich plate with functionally graded (FG) porous face sheets and isotropic homogenous core is performed under various boundary conditions. For this purpose, the material properties of the sandwich plate are supposed to vary continuously through the thickness direction according to the volume fraction of constituents defined with the modified rule of the mixture including porosity volume fraction with four different types of porosity distribution over the cross-section. Furthermore, a hyperbolic shear displacement theory is used in the kinematic relation of the FG porous sandwich plate, and the equations of motion are derived utilizing Hamilton’s principle. Analytical solutions are achieved for free vibration analysis of square sandwich plates with FG porous face sheets under various boundary conditions, i.e. combinations of clamped (C), simply supported (SS), and free (F) edges are presented. Several parametrical studies are conducted to examine the effects of porosity volume fraction, type of porosity distribution model, lay-up scheme, side to thickness ratio, and boundary conditions on the free vibration of the FG sandwich plates. Finally, it is concluded that the investigated parameters have significant effects on the free vibration of the FG sandwich plates and the negative effects of porosity may be reduced by adopting suitable values for said parameters, considerably.
    Keywords: Functionally graded materials, sandwich plates, Porosity, Free vibration, Boundary conditions}
  • احسان سلاحی*، علیرضا ستوده، مسعود طهانی

    در این مقاله یک روش کارآمد و دقیق برای تحلیل گذرا و ارتعاشات آزاد پوسته مخروطی ناقص مدرج تابعی در معرض فشار متحرک متقارن داخلی و خارجی توسعه داده شده است. خواص مواد پوسته دارای تغییرات پیوسته در جهت شعاعی است و از مدل های موری-تاناکا و کسر حجمی قانون توزیع توانی پیروی می کند. بدین منظور یک روش حل عددی که ترکیبی از روش های تیوری لایه ای، روش مربعات دیفرانسیلی و بسط سری فوریه است برای بررسی این مساله بکار گرفته شد. از بسط سری فوریه برای مدلسازی تغییرات جابجایی و فشار دینامیکی در جهت محوری استفاده می شود. سپس با بکارگیری تیوری لایه ای در راستای ضخامت پوسته و اعمال آن در اصل هامیلتون ، معادلات حرکت و شرایط مرزی تعیین گردید. در نهایت نیز از روش مربعات دیفرانسیلی جهت مدلسازی تغییرات مولفه های جابجایی در معادلات حاکم در دامنه زمانی استفاده گردید. این تحقیق در برگیرنده نتایج جالبی است که می تواند در طراحی پوسته های مدرج تابعی در معرض فشار متحرک مثمر ثمر واقع شود. نتایج بدست آمده از این مدلسازی بصورت موفقیت آمیزی با نتایج مشابه موجود در مقالات مورد مقایسه قرار گرفت. مطالعه روند همگرایی، سرعت بالای همگرایی این روش را اثبات نمود. نتایج بدست آمده بیانگر این است که تحریک ناشی از عبور فشار متحرک در پوسته موجب ایجاد ارتعاشات آزاد با دامنه ارتعاشی قابل توجه ی می شود. همچنین افزایش مساحت ناحیه تحت اعمال فشار متحرک و با فرض ثابت بودن اندازه بار اعمالی، میزان جابجایی شعاعی و تنش مماسی کاهش می یابد.

    کلید واژگان: مواد مدرج تابعی, پوسته مخروطی, فشار متحرک, روش مربعات دیفرانسیلی, تئوری لایه ای}
    Ehsan Selahi *, AliReza Setoodeh, Masoud Tahani

    In this paper an efficient and accurate solution method is developed for transient analysis and free vibration of functionally graded truncated conical shell, subjected to symmetric internal or external moving pressure. The material properties of the shell are graded continuously in the radial direction according to a Mori-Tanaka and volume fraction power-law distribution. A hybrid solution method composed of the layerwise theory, differential quadrature method, and Fourier series expansion is employed to investigate the aforementioned problem. A Fourier series expansion is used for the displacement components and dynamic pressure in the axial direction. Then the layerwise theory across the thickness direction in conjunction with the Hamilton’s principle is employed to obtain equations of motion and boundary conditions. Eventually, the differential quadrature method is implemented to discretize the governing equations in the time domain. This research shows some interesting results that can be helpful for design of functionally graded shells subjected to moving pressure. The developed results are successfully compared with the available results in the literature. The convergence study demonstrate the fast convergence rate with relatively low computational cost. The results reveal that a free vibration with significant amplitude is generated due to excitation from transition of the moving pressure. Also increasing the area of moving pressure in the case of constant load magnitude leads to reducing in the magnitudes of displacements and stresses components.

    Keywords: Functionally graded materials, Conical shell, Moving pressure, Differential quadrature method, Layerwise theory}
  • امین امامیان، امین امیری دلوئی*، سجاد کریم نژاد، حسن سجادی

    در این مطالعه، مساله انتقال حرارت هدایتی دوبعدی در یک مخروط توخالی ناقص ساخته شده از مواد مدرج تابعی مورد بررسی قرار گرفته و یک حل تحلیلی دقیق ارایه شده است. مواد مدرج تابعی، موادی با فرایند های تولید ویژه هستند که در آن ها خواص مختلف ترموفیزیکی می توانند به صورت تدریجی تغییر کنند. در مطالعه حاضر، خواص مواد مطابق با یک تابع توانی تغییر می کند. شرایط مرزی حرارتی نیز به صورت غیر همگن فرض شده است. از روش جدایی متغیرها برای تعیین دقیق توزیع دمای پایا در مخروط استفاده شده است. حل بدست آمده با استفاده از داده های عددی صحت سنجی شده است. برای اثبات توانایی حل حاضر، یک مثال کاربردی که در معرض شرایط مرزی ترکیبی قرار دارد، مورد مطالعه قرار گرفته است. اثرات پارامترهای موثر در توزیع دما برای هندسه حاضر مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که با استفاده از مواد مدرج تابعی، رفتار انعطاف پذیرتری از نظر توزیع دما دیده می شود. نتیجه این مطالعه برای روشن شدن روند طراحی و بهینه سازی هندسه های نسبتا پیچیده از مواد مدرج تابعی مفید خواهد بود. همچنین با توجه به تحلیلی بودن حل حاضر، نتایج حاصل از این مطالعه می تواند برای فهم بهتر مکانیزم های انتقال حرارت مواد مدرج تابعی مفید باشد. در مساله حاضر با افزایش مقدار m و κ، هدایت پذیری حرارتی به ترتیب به میزان حدود 8 و 2 درصد افزایش یافته که منجر به افزایش توزیع دمای مخروط خواهد شد.

    کلید واژگان: مواد مدرج تابعی, انتقال حرارت, حل دقیق, مخروط, روش جداسازی متغیرها}
    Amin Emamian, Amin Amiri Delouei *, Sajjad Karimnejad, Hasan Sajadi

    In the current study, the problem of two-dimensional heat conduction in a truncated hollow cone made of functionally graded materials is referred and an exact analytical solution is presented. Functionally graded materials are materials with special production processes in which different thermophysical properties can be gradually changed. In the present study, the properties of a material are modified in accordance with a power function. The thermal boundary conditions are also assumed to be non-homogeneous. The separation of variable (SOV) method is implemented to acquire the exact steady-state temperature distribution. The obtained solution is adequately verified using numerical data. To further demonstrate the ability of the solution, an illustrative case which is exposed to a combination of boundary conditions is studied. In particular, the influences of effective parameters on the temperature distribution are investigated for the current geometry. It is shown that by using functionally graded material more flexible attitudes in terms of temperature distribution are seen. The outcome of this study would be helpful to shed light on the process of designing and optimizing relatively complex geometries. Also, considering the analyticity of the present solution, the results of this study can be useful for a better understanding of the heat transfer mechanisms of functionally graded materials. In the present case, increasing the amount of m and κ, the thermal conductivity increased by about 8 and 2 percent respectively, which would increase the distribution of cone temperature.

    Keywords: Functionally Graded Materials, Heat Transfer, Exact Solution, Cone, Separation Of Variable Method}
  • محمد شجاعی فرد، مصطفی باغانی*

    امروزه هیدروژل ها با خواص منحصر بفرد خود در پاسخ به تحریک های خارجی و تورم در اثر جذب سیال، توجه بسیاری از محققان را بخود جلب کرده اند. با توجه به میزان بالای افزایش حجم این مواد وقابل برگشت بودن این تورم، پیش بینی پاسخ مکانیکی این مواد از اهمیت بسزایی برخوردار است. هیدروژل های تابعی-هدفمند حساس بدما از مواد پرکاربرد درصنعت می باشند. جهت مطالعه رفتار مکانیکی این مواد حین تغییردما، یک تابع انرژی متشکل از دو بخش انرژی کشیدگی شبکه و انرژی ترکیب درنظر گرفته شده است. سپس با در نظر گرفتن تغییر مشخصات هیدروژل های تابعی-هدفمند حساس بدما درراستای ضخامت حل نیمه تحلیلی برای خمش این مواد درشرایط کرنش-صفحه ای ارایه گردیده است. برای بررسی صحت روش، نتایج حاصل با نتایج خروجی از روش اجزامحدود مقایسه شده است. برای حل مسایل مختلف به روش اجزامحدود نیاز به نوشتن زیربرنامه UHYPER این مواد هستیم. صحت این زیربرنامه با درنظر گرفتن مسئله تورم آزاد ارزیابی گردیده است. سپس شعاع، تنش شعاعی و مماسی در خمش تیر متشکل از هیدروژل های تابعی-هدفمند حساس به دما در هر دو روش مطالعه گردیده است. در نهایت نیز با توجه به اهمیت دو فاکتور میزان زاویه خمیدگی و انحنا در کاربردهای صنعتی، این دو فاکتور نیز با تغییردما درهمان بازه 320 تا 288 مورد بررسی قرار گرفته است، که بادقت در نتایج حاصله می توان توانایی این مواد در کاربردهایی هم چون سنسور و عملگر را مشاهده کرد. همچنین وجود پیوستگی در تنش های شعاعی و مماسی دلیلی برای استفاده بیشتر این مواد می باشد که این خواص را در سنسورهای چندلایه نمی توان مشاهده کرد.

    کلید واژگان: هیدروژل حساس به دما, مواد تابعی هدفمند, حل نیمه تحلیلی, مدل سازی اجزاء محدود}
    Mohammad Shojaeifard, Mostafa Baghani *

    Todays, hydrogels have attracted many researchers due to their unique properties in responding to exterior stimuli and swelling-induced by water absorption. According to their reversible swelling, it is important to predict their mechanical response. The functionally-graded temperature-sensitive hydrogel is one of the most applicable materials in industry. Thus, to study the mechanical behavior of these materials, an energy density function is introduced which includes network stretch energy and mixing part. Then, considering functionally-graded properties along the thickness, bending of FG temperature-sensitive hydrogels is solved analytically under plane-strain assumption. Verifying the presented analytical procedure, the results are compared with outcomes of finite-element-method. To solve diverse problems by finite-element-method, UHYPER subroutine has been written and verified in free-swelling problem. Next, the radius, radial stress and tangential stresses are studied by both methods for FG temperature-sensitive hydrogels. Finally, according to the importance of factors such as semi-angle and bending curvature in the industrial designs, these factors are investigated by changing the temperature in range of 320 to 288. Results demonstrate the capability of these material to be implemented in sensors and actuators. In addition, the continuity of stresses field is the other reason of utilizing FG hydrogels, while the multi-layer hydrogels do not have continuous stress fields.

    Keywords: Temperature sensitive hydrogels, Functionally graded materials, Semi-analytical solution, finite element modeling}
  • Abdullah H. Sofiyev *, Fatih Dikmen
    In this study, the buckling problem of shells consisting of functionally graded ‎materials (FGMs) under uniform compressive lateral pressure is solved at mixed ‎boundary conditions. After creating the FGM models, the basic differential equations ‎of FGM shells under compressive lateral pressure are derived within the scope of ‎classical shell theory (CST). The basic differential equations are solved with the help ‎of Galerkin method and the formula for the lateral buckling pressure is obtained. The ‎minimum values of the lateral buckling pressure are found numerically by minimizing ‎the obtained expression according to the numbers of transverse and longitudinal ‎waves. The accuracy is confirmed by comparing the numerical values for the lateral ‎buckling pressure of homogeneous and FGM shells with the results in the literature. ‎The influences of FGM profiles and shell characteristics on the magnitudes of lateral ‎buckling pressure are investigated in detail by performing specific numerical analyzes.
    Keywords: Functionally graded materials, Shells, uniform lateral pressure, buckling pressure, ‎Mixed boundary conditions}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال