Nonlocal and surface effects on nonlinear vibration response of a graded Timoshenko nanobeam

伽辽金法 Timoshenko梁理论 非线性系统 振动 边值问题 数学分析 数学 偏微分方程 梁(结构) 虚拟工作 经典力学 物理 有限元法 光学 声学 量子力学 热力学
作者
S. El-Borgi,Prakash Rajendran,Mohamed Trabelssi
出处
期刊:Archive of Applied Mechanics [Springer Science+Business Media]
卷期号:93 (1): 151-180 被引量:11
标识
DOI:10.1007/s00419-022-02120-6
摘要

Abstract The free and forced vibration of a graded geometrically nonlinear Timoshenko nanobeam supported by on a nonlinear foundation is considered in this paper. The main contribution of this study is to propose a new formulation for the dynamic response of this beam by combining nonlocal and surface elasticity in addition to employing the physical neutral axis method which eliminates the quadratic nonlinearity from the equation of motion. Using the principle of virtual work, a fourth-order nonlinear partial differential equation is formulated and Galerkin technique is employed to yield a fourth-order ordinary differential equation with cubic nonlinearity in the temporal domain. The method of multiple scales is employed to obtain the analytical expression of the nonlinear frequency of the beam and its frequency response curve from a primary resonance analysis. To assess the accuracy of this analytical solution, it is compared with a numerical solution obtained using the differential quadrature method. The obtained analytical results are successfully validated for particular cases of the considered problem with results published by other authors. The effects of surface elasticity, nonlocality, the physical neutral axis, the beam aspect ratio, the power-law index and the elastic foundation coefficients on the free and forced vibration response of the graded Timoshenko nanobeam are thoroughly investigated for different types of boundary conditions .
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