Evaluation of Critical Buckling Loads of Short Fiber Reinforced Nanobeams According to Different Beam Theories

Uğur Kafkas

Makale detayları

Evaluation of Critical Buckling Loads of Short Fiber Reinforced Nanobeams According to Different Beam Theories

Yazarlar:

Uğur Kafkas

Yayıncı:

Kafkas University

Ana Başlıklar:

İnşaat Mühendisliği (Diğer)

Dergi:

Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.17 Issue 1, pp.1-14

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

11/2024

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001331808

pISSN:

2587-2389

Anahtar kelimeler:

Özet:

 This study analyzed the buckling behavior of short fiber reinforced nanobeams within the framework of nonlocal elasticity theory using Euler-Bernoulli, Timoshenko, and Levinson beam theories. The nonlocal elasticity theory provides a more realistic modeling approach by considering the effects of surface interactions, atomic forces, and the characteristics of microstructures, allowing for an examination of the impact of these factors on the buckling behavior of nanoscale materials. The analyses, conducted under the framework of nonlocal elasticity theory, investigated the effects of essential parameters such as fiber volume fraction, fiber length-to-diameter ratio, elastic modulus ratio, and the nonlocal parameter on critical buckling loads. The results, presented graphically, reveal that an increase in the nonlocal parameter leads to a significant reduction in the critical buckling loads of the beams, indicating a decrease in rigidity. An increase in fiber volume fraction enhances the buckling resistance of the beams, resulting in higher critical buckling loads. Additionally, increasing the fiber length-to-diameter ratio further strengthens the buckling resistance, particularly in beams with long and slender fibers. The increase in the elastic modulus ratio also leads to higher critical buckling loads, particularly highlighting the significant contribution of highly rigid fibers to structural performance. This study provides important insights into the design of composite nano-beams for micro- and nano-scale applications and provides an important basis for future research.

 This study analyzed the buckling behavior of short fiber reinforced nanobeams within the framework of nonlocal elasticity theory using Euler-Bernoulli, Timoshenko, and Levinson beam theories. The nonlocal elasticity theory provides a more realistic modeling approach by considering the effects of surface interactions, atomic forces, and the characteristics of microstructures, allowing for an examination of the impact of these factors on the buckling behavior of nanoscale materials. The analyses, conducted under the framework of nonlocal elasticity theory, investigated the effects of essential parameters such as fiber volume fraction, fiber length-to-diameter ratio, elastic modulus ratio, and the nonlocal parameter on critical buckling loads. The results, presented graphically, reveal that an increase in the nonlocal parameter leads to a significant reduction in the critical buckling loads of the beams, indicating a decrease in rigidity. An increase in fiber volume fraction enhances the buckling resistance of the beams, resulting in higher critical buckling loads. Additionally, increasing the fiber length-to-diameter ratio further strengthens the buckling resistance, particularly in beams with long and slender fibers. The increase in the elastic modulus ratio also leads to higher critical buckling loads, particularly highlighting the significant contribution of highly rigid fibers to structural performance. This study provides important insights into the design of composite nano-beams for micro- and nano-scale applications and provides an important basis for future research.

 This study analyzed the buckling behavior of short fiber reinforced nanobeams within the framework of nonlocal elasticity theory using Euler-Bernoulli, Timoshenko, and Levinson beam theories. The nonlocal elasticity theory provides a more realistic modeling approach by considering the effects of surface interactions, atomic forces, and the characteristics of microstructures, allowing for an examination of the impact of these factors on the buckling behavior of nanoscale materials. The analyses, conducted under the framework of nonlocal elasticity theory, investigated the effects of essential parameters such as fiber volume fraction, fiber length-to-diameter ratio, elastic modulus ratio, and the nonlocal parameter on critical buckling loads. The results, presented graphically, reveal that an increase in the nonlocal parameter leads to a significant reduction in the critical buckling loads of the beams, indicating a decrease in rigidity. An increase in fiber volume fraction enhances the buckling resistance of the beams, resulting in higher critical buckling loads. Additionally, increasing the fiber length-to-diameter ratio further strengthens the buckling resistance, particularly in beams with long and slender fibers. The increase in the elastic modulus ratio also leads to higher critical buckling loads, particularly highlighting the significant contribution of highly rigid fibers to structural performance. This study provides important insights into the design of composite nano-beams for micro- and nano-scale applications and provides an important basis for future research.

 Bu çalışmada, kısa fiber takviyeli nano kirişlerin burkulma davranışları, yerel olmayan elastisite teorisi çerçevesinde, Euler-Bernoulli, Timoshenko ve Levinson kiriş teorileri kullanılarak analiz edilmiştir. Yerel olmayan elastisite teorisi, nanoyapıların küçük ölçekli etkilerini dikkate alarak daha gerçekçi bir modelleme sunmakta ve nano ölçekteki malzemelerin yüzey etkileri, atomik kuvvetler ve mikro yapıların özelliklerinin burkulma davranışları üzerindeki etkilerinin incelenmesine olanak tanımaktadır. Yerel olmayan elastisite teorisi çerçevesinde gerçekleştirilen bu analizlerde, fiber hacim oranı, fiberin uzunlukçap oranı, elastisite modülü oranı ve yerel olmayan parametre gibi önemli parametrelerin kritik burkulma yükleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analizler sonucu ortaya çıkan sonuçlar grafiksel olarak sunulmuştur. Analizler, yerel olmayan parametrenin artışının, kirişlerin kritik burkulma yüklerinde belirgin bir düşüşe neden olduğunu göstermektedir. Fiber hacim oranının artması ise, kirişlerin burkulma direncini artırarak kritik burkulma yüklerinin yükselmesine neden olmaktadır. Ayrıca, fiber uzunlukçap oranının artışı da burkulma direncini güçlendirmekte, özellikle uzun ve ince fiberlerin kullanıldığı yapılar daha yüksek burkulma yüklerine ulaşmaktadır. Elastisite modül oranı artışı ise, kirişlerin burkulma yüklerini daha da yükselterek, özellikle rijitliği yüksek fiberlerin yapısal performansa katkısını açıkça ortaya koymaktadır. Bu çalışma, mikro ve nano ölçekli uygulamalarda kullanılacak kompozit nano kirişlerin tasarımı ile ilgili önemli bilgiler sunmakta olup, gelecekteki araştırmalar için de önemli bir temel oluşturmaktadır.

Makale detayları

Evaluation of Critical Buckling Loads of Short Fiber Reinforced Nanobeams According to Different Beam Theories

Yazarlar:

Uğur Kafkas

Yayıncı:

Kafkas University

Ana Başlıklar:

İnşaat Mühendisliği (Diğer)

Dergi:

Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.17 Issue 1, pp.1-14

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

11/2024

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001331808

pISSN:

2587-2389

Short Fiber Reinforced Beams

Critical Buckling Load

Nonlocal Elasticity Theory

Euler-Bernoulli Beam Theory

Timoshenko Beam Theory

Levinson Beam TheoryKısa Fiber Takviyeli Kirişler

Kritik Burkulma Yükü

Yerel Olmayan Elastisite Teorisi

Euler-Bernoulli Kiriş Teorisi

Timoshenko Kiriş Teorisi

Levinson Kiriş Teorisi

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Uğur Kafkas

Yayıncı: Kafkas University

Ana Başlıklar: İnşaat Mühendisliği (Diğer)

Dergi: Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.17 Issue 1, pp.1-14

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 11/2024

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2001331808

pISSN: 2587-2389

Sayı

Yazarlar:

Uğur Kafkas

Yayıncı:

Kafkas University

Ana Başlıklar:

İnşaat Mühendisliği (Diğer)

Dergi:

Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Vol.17 Issue 1, pp.1-14

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

11/2024

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001331808

pISSN:

2587-2389