Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Ailreza Shahidi rizi,Hassan Nahvi,Hamidreza Mirdamadi
سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد راهنما) حسن نحوی (استاد راهنما) سیدحمیدرضا میردامادی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamzeh Salehipour
حمزه صالحی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Three-dimensional analysis for bending and free vibration of FGM micro/nanoplate
In this thesis, bending and free vibration of rectangular micro/nanoplates resting on elastic foundation is studied based on the three-dimensional elasticity and size-dependent theories of modified couple stress and Eringen's nonlocal elasticity. The plate is assumed to be made of functionally graded material (FGM). At first, it will be shown that the nonlocal theory of Eringen is not generally suitable for analysis of FGMs at micro/nano scale and should be modified. In modified version, an imaginary nonlocal strain tensor is introduced and used to directly obtain the nonlocal stress tensor. Then, governing equations and boundary conditions including dynamic phrases and transverse loads are extracted for one-layered FGM micro/nanoplates and homogeneous micro/nanoplates coated by FGM layer based on the three-dimensional elasticity and theories of modified couple stress, Eringen's nonlocal elasticity and modified nonlocal elasticity. The obtained equations are solved analytically for simply-supported boundary conditions. To obtain the analytical solution, material properties are assumed to vary exponentially through the plate thickness. The equations of motion are solved using two proposed displacement fields for the in-plane and out-of-plane vibration modes that satisfy simply supported boundary conditions. By inserting the displacement fields in the 3-D elasto-dynamic equations, some independent ordinary differential equations are obtained and solved analytically. In the following, generalized differential quadrature method is used to solve bending and free vibration of one-layered FGM micro/nanoplates and homogeneous micro/nanoplates coated by FGM layer with different boundary conditions. Then, comprehensive results are presented that can be used as a benchmark to validate future studies because of their high accuracy. Based on numerical result, it is observed that including the nonlocal effects leads to rigidity reduction of plates, whereas including the couple stress effects yields an increase in the rigidity of plates. Also based on numerical results, the third-order plate theory in the framework of modified couple stress theory is not suitable to analyze mechanical behavior of plates. Key Words: FGM micro/nanoplates, Bending, Free vibration, Three-dimensional elasticity theory, Exact closed-form solution, Generalized differential quadrature method.
هدف پژوهش حاضر، استفاده از الاستیسیته سه بعدی و تئوری های وابسته به ابعاد تنش جفت اصلاح شده و الاستیسیته ناموضعی اِرینگن در مطالعه خمش استاتیکی و ارتعاشات آزاد ورق های مستطیلی میکرو/نانوی قرار گرفته بر روی بستر الاستیک است که از ماده هدفمند مدرج تابعی (FGM) تشکیل شده اند. در این رساله ابتدا نشان داده خواهد شد که بر مبنای مفهوم تئوری ناموضعی اِرینگن، این تئوری به طور کلی برای تحلیل ورق های میکرو/نانو FGM مناسب نیست و باید اصلاح شود. در نسخه اصلاح شده، مولفه های جدید ناموضعی کرنش معرفی می شوند که از آن ها برای بیان روابط ناموضعی استفاده می شود. مولفه های ناموضعی تنش با استفاده از روابط تنش-کرنش در مکانیک محیط پیوسته متداول به صورت مستقیم برحسب مولفه های ناموضعی کرنش به دست می آیند. سپس در ادامه، معادلات حاکمه و شرایط مرزی برای ورق های تک لایه ی میکرو/نانو FGM و ورق های میکرو/نانو همگن پوشیده شده با لایه FGM با احتساب جملات دینامیکی و بارهای عرضی بر مبنای الاستیسیته سه بعدی و هر کدام از تئوری های تنش جفت اصلاح شده، الاستیسیته ناموضعی اِرینگن، و الاستیسیته ناموضعی اصلاح شده استخراج می گردد. در ادامه، معادلات به دست آمده برای شرایط مرزی تکیه گاه ساده با استفاده از روش های تحلیلی دقیق بسته حل می شوند. برای به دست آوردن حل دقیق بسته فرض می شود که خواص ماده FGM به صورت نمایی از سطح پایینی لایه FGM تا سطح بالایی ورق تغییر می کنند. در رویه حل دقیق بسته معادلات دینامیکی، ارتعاشات آزاد را به دو حوزه ارتعاشات درون صفحه ورق و ارتعاشات خارج از صفحه ورق تقسیم نموده و برای هر کدام از این حوزه ها از میدان های جابه جایی مناسب استفاده می شود. این میدان های جابه جایی شرایط مرزی تکیه گاه ساده را در ورق برقرار کرده و معادلات مشتق پاره ای حرکت را به تعدادی معادله دیفرانسل معمولی تبدیل می کنند که دارای حل تحلیلی بسته می باشند. پس از ارائه مجموعه ای از حل های دقیق بسته، از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای حل معادلات خمش استاتیکی و ارتعاشات آزاد ورق های تک لایه میکرو/نانو FGM و ورق های میکرو/نانو همگن پوشیده شده با لایه FGM، با شرایط مرزی مختلف استفاده می شود. سپس نتایج عددی گسترده و جامعی ارائه می شود که به دلیل دقت بالای آن ها می توانند به عنوان معیار در سنجش صحت مطالعات آینده مورد استفاده قرار گیرند. براساس نتایج عددی مشاهده می شود که درنظر گرفتن اثرات ناموضعی در تئوری ناموضعی اصلاح شده سبب کاهش صلبیت ورق ها در مقایسه با تئوری مکانیک محیط پیوسته متداول می شود، در حالی که درنظر گرفتن اثرات تنش جفت در تئوری تنش جفت اصلاح شده سبب افزایش صلبیت ورق ها می شود. هم چنین براساس نتایج به دست آمده، تئوری مرتبه سوم ورق در چارچوب تئوری مکانیک محیط پیوسته تنش جفت اصلاح شده برای تحلیل رفتار مکانیکی ورق ها مناسب نمی باشد. واژه های کلیدی: ورق های میکرو/نانوی FGM، خمش استاتیکی، ارتعاشات آزاد، تئوری الاستیسیته سه بعدی، حل دقیق بسته، روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی