Title of article :
Nonlinear Bending Analysis of Sector Graphene Sheet Embedded in Elastic Matrix Based on Nonlocal Continuum Mechanics
Author/Authors :
Dastjerdi, S Department of Mechanical Engineering - Mashhad Branch - Islamic Azad University , Jabbarzadeh, M Department of Mechanical Engineering - Mashhad Branch - Islamic Azad University , Tahani, M Department of Mechanical Engineering - Ferdowsi University of Mashhad
Abstract :
The nonlinear bending behavior of sector graphene sheets is studied subjected to uniform transverse
loads resting on a Winkler-Pasternak elastic foundation using the nonlocal elasticity theory.
Considering the nonlocal differential constitutive relations of Eringen theory based on first order shear
deformation theory and using the von-Karman strain field, the equilibrium partial differential equations
are derived. The nonlinear partial differential equations system is solved using the differential
quadrature method (DQM) and a new semi analytical polynomial method (SAPM). By using the DQM
or SAPM, the partial differential equations are converted to nonlinear algebraic equations, then the
Newton–Raphson iterative scheme is applied to solve the resulting nonlinear algebraic equations
system. The obtained results from DQM and SAPM are compared. It is observed that the SAPM results
are so close to DQM. The SAPM’s formulations are considerably simpler than the DQM. Different
boundary conditions including clamped, simply supported and free edges are considered. The obtained
results are validated with available researches, then the small scale effects is investigated on the results
due to various conditions such as outer radius to thickness ratio, boundary conditions, linear to
nonlinear analysis, nonlocal to local analysis ratio, angle of the sector and stiffness value of elastic
foundation.
Farsi abstract :
در اين تحقيق خمش غيرخطي صفحات قطاعي گرافن بر پايه الاستيك توسط تئوري الاستيسيته غيرموضعي ارينگن مورد بررسي قرار ميگيرد. براي اين منظور معادلات تعادل حاكم بر ورق قطاعي گرافن با در نظر گرفتن روابط غير موضعي تنش و تئوري مرتبه اول برشي و كرنش هاي غير خطي فون-كارمن بدست آمده است. براي حل دستگاه معادلات ديفرانسيل غير خطي، از روش عددي مربعات ديفرانسيلي(DQM) و يك روش نيمه تحليلي بر پايه چندجمله اي (SAPM) استفاده شده است. روش حل نيوتن-رافسون براي حل دستگاه جبري غيرخطي به دست آمده بكار گرفته شده و نتايج دو روش با يكديگر مقايسه و ملاحظه شد نتايج بدست آمده از روش SAPM با فرمول بندي ساده تر دقت بسيار خوبي در مقايسه با روش DQM دارد. شرايط تكيه گاهي مختلف از جمله گيردار، مفصلي و آزاد در نظر گرفته شده است. جهت اعتبار سنجي نتايج بدست آمده با داده هاي تحقيقات ديگر مقايسه شده است. در بررسي نتايج، اثر تغييرات ضريب غيرموضعي بر نتايج بر حسب تغييرات ضخامت، شرايط مرزي، سختي پايه الاستيك و بار اعمالي، تاثير تحليل خطي و غيرخطي تئوري مرتبه اول برشي، تعداد گره ها در دامنه هندسه قطاع بر دقت جوابها و نيز تاثير زاويه قطاع و ضريب غيرموضعي بر خيز و نسبت خيز غيرموضعي به موضعي در شرايط مختلف مورد بررسي قرار گرفته است
Keywords :
Elastic Foundation , Semi Analytical Polynomial Method , Differential Quadrature Method , Nano-graphene Sector Plates , Nonlocal Elasticity Theory
Journal title :
Astroparticle Physics