Abstrakt
The fundamental motivation of this research is to investigate the effect of flexoelectricity on a piezoelectric nanobeam for the first time involving internal viscoelasticity. To date, the effect of flexoelectricity on the mechanical behavior of nanobeams has been investigated extensively under various physical and environmental conditions. However, this effect as an internal property of materials has not been studied when the nanobeams include an internal damping feature. To this end, a closed-circuit condition is considered taking converse piezo–flexoelectric behavior. The kinematic displacement of the classical beam using Lagrangian strains, also applying Hamilton’s principle, creates the needed frequency equation. The natural frequencies are measured in nanoscale by the available nonlocal strain gradient elasticity model. The linear Kelvin–Voigt viscoelastic model here defines the inner viscoelastic coupling. An analytical solution technique determines the values of the numerical frequencies. The best findings show that the viscoelastic coupling can directly affect the flexoelectricity property of the material.
Cytowania
-
5 2
CrossRef
-
0
Web of Science
-
5 5
Scopus
Autorzy (2)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
Symmetry-Basel
nr 12,
strony 1 - 21,
ISSN: 2073-8994 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2020
- Opis bibliograficzny:
- Malikan M., Eremeev V.: On the Dynamics of a Visco–Piezo–Flexoelectric Nanobeam// Symmetry-Basel -Vol. 12,iss. 4 (2020), s.1-21
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/sym12040643
- Bibliografia: test
-
- Ma, W. Flexoelectricity: Strain gradient effects in ferroelectrics. Phys. Scripta 2007, T129, 180-183. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Lee, D.; Yoon, A.; Jang, S.Y.; Yoon, J.-G.; Chung, J.-S.; Kim, M.; Scott, J.F.; Noh, T.W. Giant Flexoelectric Effect in Ferroelectric Epitaxial Thin Films. Phys. Rev. Lett. 2011, 107, 057602. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Nguyen, T.D.; Mao, S.; Yeh, Y.-W.; Purohit, P.K.; McAlpine, M.C. Nanoscale Flexoelectricity. Adv. Mater. 2013, 25, 946-974. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Zubko, P.; Catalan, G.; Tagantsev, A.K. Flexoelectric Effect in Solids. Ann. Rev. Mater. Res. 2013, 43, 387-421. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yudin, P.V.; Tagantsev, A.K. Fundamentals of flexoelectricity in solids. Nanotechnology 2013, 24, 432001. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Jiang, X.; Huang, W.; Zhang, S. Tagantsev, A.K. Flexoelectric nano-generators: Materials, structures and devices. Nano Energy 2013, 2, 1079-1092. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yurkov, A.S.; Tagantsev, A.K. Strong surface effect on direct bulk flexoelectric response in solids. Appl. Phys. Lett. 2016, 108, 022904. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Wang, B.; Gu, Y.; Zhang, S.; Chen, L.-Q. Flexoelectricity in solids: Progress, challenges, and perspectives. Prog. Mater. Sci. 2019, 106, 100570. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Cross, L. Flexoelectric effects: Charge separation in insulating solids subjected to elastic strain gradients. J. Mater. Sci. 2006, 41, 53-63. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ma, W.; Cross, L.E. Observation of the flexoelectric effect in relaxor Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ceramics. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 2920-2921. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ma, W.; Cross, L.E. Flexoelectricity of barium titanate. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 232902. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zubko, P.; Catalan, G.; Buckley, A.; Welche, P.R.L.; Scott, J.F. Strain-gradient-induced polarization in SrTiO 3 single crystals. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 167601. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Eremeyev, V.A.; Ganghoffer, J.-F.; Konopinska-Zmysłowska, V.; Uglov, N.S. Flexoelectricity and apparent piezoelectricity of a pantographic micro-bar. Int. J. Eng. Sci. 2020, 149, 103213. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M. Electro-mechanical shear buckling of piezoelectric nanoplate using modified couple stress theory based on simplified first order shear deformation theory. Appl. Math. Model. 2017, 48, 196-207. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M. Temperature influences on shear stability of a nanosize plate with piezoelectricity effect. Multidiscip. Model. Mater. Struct. 2018, 14, 125-142. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M. Electro-thermal buckling of elastically supported double-layered piezoelectric nanoplates affected by an external electric voltage. Multidiscip. Model. Mater. Struct. 2019, 15, 50-78. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Liu, C.; Kea, L.-L.; Yang, J.; Kitipornchaic, S.; Wang, Y.-S. Buckling and post-buckling analyses of size-dependent piezoelectric nanoplates. Theor. Appl. Mech. Lett. 2016, 6, 253-267. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ansari, R.; Faraji Oskouiea, M.; Gholami, R.; Sadegh, F. Thermo-electro-mechanical vibration of postbuckled piezoelectric Timoshenko nanobeams based on the nonlocal elasticity theory. Compos. Part B Eng. 2016, 89, 316-327. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Tadi Beni, Y. Size-dependent analysis of piezoelectric nanobeams including electro-mechanical coupling. Mech. Res. Commun. 2016, 75, 67-80. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malekzadeh Fard, K.; Khajehdehi Kavanroodi, M.; Malek-Mohammadi, H.; Pourmoayed, A. Buckling and vibration analysis of a double-layer Graphene sheet coupled with a piezoelectric nanoplate. J. Appl. Comput. Mech. 2020. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Crasiun, E.M.; Baesu, E.; Soós, E. General solution in terms of complex potentials for incremental antiplane states in prestressed and prepolarized piezoelectric crystals: Application to Mode III fracture propagation. IMA J. Appl. Math. 2004, 70, 39-52. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Palacios, A.; In, V.; Longhini, P. Symmetry-Breaking as a Paradigm to Design Highly-Sensitive Sensor Systems. Symmetry 2015, 7, 1122-1150. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Karami, B.; Shahsavari, D.; Li, L.; Karami, M.; Janghorban, M. Thermal buckling of embedded sandwich piezoelectric nanoplates with functionally graded core by a nonlocal second-order shear deformation theory. Proc. Inst. Mech. Eng. C-J. Mech. Eng. Sci. 2019, 233, 287-301. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Liang, X.; Hu, S.; Shen, S. Effects of surface and flexoelectricity on a piezoelectric nanobeam. Smart Mater. Struct. 2014, 23, 035020. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zhang, R.; Liang, X.; Shen, S. A Timoshenko dielectric beam model with flexoelectric effect. Meccanica 2016, 51, 1181-1188. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Qi, L.; Zhou, S.; Li, A. Size-dependent bending of an electro-elastic bilayer nanobeam due to flexoelectricity and strain gradient elastic effect. Compos. Struct. 2016, 135, 167-175. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sneha Rupa, N.; Ray, M.C. Analysis of flexoelectric response in nanobeams using nonlocal theory of elasticity. Int. J. Mech. Mater. Des. 2017, 13, 453-467. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Xiang, S.; Li, X.-F. Elasticity solution of the bending of beams with the flexoelectric and piezoelectric effects. Smart Mater. Struct. 2018, 27, 105023. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zarepour, M.; Hosseini, S.A.H.; Akbarzadeh, A.H. Geometrically nonlinear analysis of Timoshenko piezoelectric nanobeams with flexoelectricity effect based on Eringen's differential model. Appl. Math. Model. 2019, 69, 563-582. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yang, X.; Zhou, Y.; Wang, B.; Zhang, B. A finite-element method of flexoelectric effects on nanoscale beam. Int. J. Multiscale Comp. 2019, 17, 29-43. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zhao, X.; Zheng, S.; Li, Z. Size-dependent nonlinear bending and vibration of flexoelectric nanobeam based on strain gradient theory. Smart Mater. Struct. 2019, 28, 075027. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Basutkar, R.; Sidhardh, S.; Ray, M.C. Static analysis of flexoelectric nanobeams incorporating surface effects using element free Galerkin method. Eur. J. Mech. A-Solid 2019, 76, 13-24. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ghobadi, A.; Tadi Beni, Y.; Golestanian, H. Size dependent thermo-electro-mechanical nonlinear bending analysis of flexoelectric nano-plate in the presence of magnetic field. Int. J. Mech. Sci. 2019, 152, 118-137. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ebrahimi, F.; Karimiasl, M. Nonlocal and surface effects on the buckling behavior of flexoelectric sandwich nanobeams. Mech. Adv. Mater. Struct. 2018, 25, 943-952. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zeng, S.; Wang, B.L.; Wang, K.F. Static stability analysis of nanoscale piezoelectric shells with flexoelectric effect based on couple stress theory. Microsyst. Technol. 2018, 24, 2957-2967. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Barati, M.R. On non-linear vibrations of flexoelectric nanobeams. Int. J. Eng. Sci. 2017, 121, 143-153. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Arefi, M.; Pourjamshidian, M.; Ghorbanpour Arani, A.; Rabczuk, T. Influence of flexoelectric, small-scale, surface and residual stress on the nonlinear vibration of sigmoid, exponential and power-law FG Timoshenko nano-beams. J. Low Freq. Noise Vib. Act. Control 2019, 38, 122-142. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ebrahimi, F.; Barati, M.R. Surface effects on the vibration behavior of flexoelectric nanobeams based on nonlocal elasticity theory. Eur. Phys. J. Plus 2017, 132, 19. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Amiri, A.; Vesal, R.; Talebitooti, R. Flexoelectric and surface effects on size-dependent flow-induced vibration and instability analysis of fluid-conveying nanotubes based on flexoelectricity beam model. Int. J. Mech. Sci. 2019, 156, 474-485. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Parsa, A.; Mahmoudpour, E. Nonlinear free vibration analysis of embedded flexoelectric curved nanobeams conveying fluid and submerged in fluid via nonlocal strain gradient elasticity theory. Microsyst. Technol. 2019, 25, 4323-4339. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Vaghefpour, H.; Arvin, H. Nonlinear free vibration analysis of pre-actuated isotropic piezoelectric cantilever Nano-beams. Microsyst. Technol. 2019, 25, 4097-4110. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Fattahian Dehkordi, S.; Tadi Beni, Y. Electro-mechanical free vibration of single-walled piezoelectric/ flexoelectric nano cones using consistent couple stress theory. Int. J. Mech. Sci. 2017, 128-129, 125-139. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Joseph, R.P.; Zhang, C.; Wang, B.L. Samali, Fracture analysis of flexoelectric double cantilever beams based on the strain gradient theory. Compos. Struct. 2018, 202, 1322-1329. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Dimitri, R.; Tornabene, F. Transient response of oscillated carbon nanotubes with an internal and external damping. Compos. Part B Eng. 2019, 158, 198-205. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Jalaei, M.H.; Civalek, Ö. On dynamic instability of magnetically embedded viscoelastic porous FG nanobeam. Int. J. Eng. Sci. 2019, 143, 14-32. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ebrahimi, F.; Barati, M.R. Hygrothermal effects on vibration characteristics of viscoelastic FG nanobeams based on nonlocal strain gradient theory. Compos. Struct. 2017, 159, 433-444. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Li, C.; Liu, J.J.; Cheng, M.; Fan, X.L. Nonlocal vibrations and stabilities in parametric resonance of axially moving viscoelastic piezoelectric nanoplate subjected to thermo-electro-mechanical forces. Compos. Part B Eng. 2017, 116, 153-169. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zenkour, A.M.; Sobhy, M. Nonlocal piezo-hygrothermal analysis for vibration characteristics of a piezoelectric Kelvin-Voigt viscoelastic nanoplate embedded in a viscoelastic medium. Acta Mech. 2018, 229, 3-19. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Tadi Beni, Z.; Hosseini Ravandi, S.A.; Tadi Beni, Y. Size-dependent nonlinear forced vibration analysis of viscoelastic/piezoelectric nano-beam. J. Appl. Comput. Mech. 2020. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Argatov, I.; Butcher, E.A. On the separation of internal and boundary damage in slender bars using longitudinal vibration frequencies and equivalent linearization of damaged bolted joint response. J. Sound Vib. 2011, 330, 3245-3256. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Qiao, G.; Rahmatallah, S. Identification of the viscoelastic boundary conditions of Euler-Bernoulli beams using transmissibility. Eng. Rep. 2019, 1, e12074. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Song, X.; Li, S.-R. Thermal buckling and post-buckling of pinned-fixed Euler-Bernoulli beams on an elastic foundation. Mech. Res. Commun. 2007, 34, 164-171. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Reddy, J.N. Nonlocal nonlinear formulations for bending of classical and shear deformation theories of beams and plates. Int. J. Eng. Sci. 2010, 48, 1507-1518. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Lim, C.W.; Zhang, G.; Reddy, J.N. A Higher-order nonlocal elasticity and strain gradient theory and Its Applications in wave propagation. J. Mech. Phys. Solids 2015, 78, 298-313. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ansari, R.; Sahmani, S.; Arash, B. Nonlocal plate model for free vibrations of single-layered graphene sheets. Phys. Lett. A 2010, 375, 53-62. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Akbarzadeh Khorshidi, M. The material length scale parameter used in couple stress theories is not a material constant. Int. J. Eng. Sci. 2018, 133, 15-25. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Nguyen, V.B.; Dimitri, R.; Tornabene, F. Dynamic modeling of non-cylindrical curved viscoelastic single-walled carbon nanotubes based on the second gradient theory. Mater. Res. Express 2019, 6, 075041. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Nguyen, V.B. Buckling analysis of piezo-magnetoelectric nanoplates in hygrothermal environment based on a novel one variable plate theory combining with higher-order nonlocal strain gradient theory. Phys. E 2018, 102, 8-28. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Krasheninnikov, M.; Eremeyev, V.A. Torsional stability capacity of a nano-composite shell based on a nonlocal strain gradient shell model under a three-dimensional magnetic field. Int. J. Eng. Sci. 2020, 148, 103210. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Eremeyev, V.A. Post-critical buckling of truncated conical carbon nanotubes considering surface effects embedding in a nonlinear Winkler substrate using the Rayleigh-Ritz method. Mater. Res. Express 2020, 7, 025005. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M. On the plastic buckling of curved carbon nanotubes. Theor. Appl. Mech. Lett. 2020, 10, 46-56. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Nguyen, V.B.; Tornabene, F. Electromagnetic forced vibrations of composite nanoplates using nonlocal strain gradient theory. Mater. Res. Express 2018, 5, 075031. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Lei, Y.; Adhikari, S.; Friswell, M.I. Vibration of nonlocal Kelvin-Voigt viscoelastic damped Timoshenko beams. Int. J. Eng. Sci. 2013, 66-67, 1-13. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Liu, H.; Liu, H.; Yang, J. Vibration of FG magneto-electro-viscoelastic porous nanobeams on visco-Pasternak foundation. Compos. Part B Eng. 2018, 155, 244-256. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Dimitri, R.; Tornabene, F. Effect of sinusoidal corrugated geometries on the vibrational response of viscoelastic nanoplates. Appl. Sci. 2018, 8, 1432. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Soltani, P.; Kassaei, A.; Taherian, M.M. Nonlinear and quasi-linear behavior of a curved carbon nanotube vibrating in an electric force field; analytical approach. Acta Mech. Solida Sin. 2014, 27, 97-110. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zare Jouneghani, F.; Dimitri, R.; Tornabene, F. Structural response of porous FG nanobeams under hygro thermo-mechanical loadings. Compos. Part B Eng. 2018, 152, 71-78. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Lu, L.; Guo, X.; Zhao, J. Size-dependent vibration analysis of nanobeams based on the nonlocal strain gradient theory. Int. J. Eng. Sci. 2017, 116, 12-24. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Mehralian, F.; Tadi Beni, Y.; Karimi Zeverdejani, M. Nonlocal strain gradient theory calibration using molecular dynamics simulation based on small scale vibration of nanotubes. Phys. B 2017, 514, 61-69. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Malikan, M.; Nguyen, V.B.; Tornabene, F. Damped forced vibration analysis of single-walled carbon nanotubes resting on viscoelastic foundation in thermal environment using nonlocal strain gradient theory. Eng. Sci. Technol. Int. J. 2018, 21, 778-786. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yang, W.; Liang, X.; Shen, S. Electromechanical responses of piezoelectric nanoplates with flexoelectricity. Acta Mech. 2015, 226, 3097-3110. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ansari, R.; Sahmani, S.; Rouhi, H. Rayleigh-Ritz axial buckling analysis of single-walled carbon nanotubes with different boundary conditions. Phys. Lett. A 2011, 375, 1255-1263. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Duan, W.H.; Wang, C.M. Exact solutions for axisymmetric bending of micro/nanoscale circular plates based on nonlocal plate theory. Nanotechnology 2007, 18, 385704. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Duan, W.H.; Wang, C.M.; Zhang, Y.Y. Calibration of nonlocal scaling effect parameter for free vibration of carbon nanotubes by molecular dynamics. J. Appl. Phys. 2007, 101, 24305. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- © 2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 106 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Effect of Simultaneous Valve Closures in Hydraulic Piping Systems
- K. Urbanowicz,
- I. Haluch,
- A. Bergant
- + 2 autorów
The Influence of External Load on the Performance of Microbial Fuel Cells
- S. Potrykus,
- L. Fernando Luis,
- J. Nieznański
- + 2 autorów