On the Dynamics of a Visco–Piezo–Flexoelectric Nanobeam - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

On the Dynamics of a Visco–Piezo–Flexoelectric Nanobeam

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

  • 3 0

    CrossRef

  • 2 6

    Web of Science

  • 2 9

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 15 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY 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
  1. Ma, W. Flexoelectricity: Strain gradient effects in ferroelectrics. Phys. Scripta 2007, T129, 180-183. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. Yudin, P.V.; Tagantsev, A.K. Fundamentals of flexoelectricity in solids. Nanotechnology 2013, 24, 432001. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. Ma, W.; Cross, L.E. Flexoelectricity of barium titanate. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 232902. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
  35. 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
  36. Barati, M.R. On non-linear vibrations of flexoelectric nanobeams. Int. J. Eng. Sci. 2017, 121, 143-153. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  37. 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
  38. 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
  39. 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
  40. 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
  41. 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
  42. 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
  43. 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
  44. 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
  45. 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
  46. 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
  47. 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
  48. 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
  49. 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
  50. 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
  51. 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
  52. 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
  53. 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
  54. 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
  55. 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
  56. 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
  57. 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
  58. 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
  59. 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
  60. 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
  61. Malikan, M. On the plastic buckling of curved carbon nanotubes. Theor. Appl. Mech. Lett. 2020, 10, 46-56. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  62. 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
  63. 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
  64. 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
  65. 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
  66. 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
  67. 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
  68. 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
  69. 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
  70. 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
  71. 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
  72. 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
  73. 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
  74. 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
  75. © 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 11 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi