<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">75681</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2026.075681</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Nonlinear Dynamic Large Deformation Analysis of Hyperelastic Beams Based on the Gent Constitutive Model</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Nonlinear Dynamic Large Deformation Analysis of Hyperelastic Beams Based on the Gent Constitutive Model</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Nonlinear Dynamic Large Deformation Analysis of Hyperelastic Beams Based on the Gent Constitutive Model</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Firouzi</surname><given-names>Nasser</given-names></name><xref rid="cor1" ref-type="corresp">&#x002A;</xref><email>nasser.firouzi92@gmail.com</email></contrib>
<aff id="aff-1"><institution>Institute of Structural Mechanics, Bauhaus-University Weimar</institution>, <addr-line>Weimar</addr-line>, <country>Germany</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Nasser Firouzi. Email: <email>nasser.firouzi92@gmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2026</year>
</pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>27</day><month>5</month><year>2026</year>
</pub-date>
<volume>147</volume>
<issue>2</issue>
<elocation-id>10</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>06</day>
<month>11</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>02</month>
<year>2026</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2026 The Author. Published by Tech Science Press.</copyright-statement>
<copyright-year>2026</copyright-year>
<copyright-holder>The Author</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_75681.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>This study investigates finite transient deformations in hyperelastic beam structures based on the Gent material model. To enable its application within beam formulations, the Gent model is expressed in a linearized form. A five-parameter beam element, incorporating two displacement variables, two difference parameters, and one thickness parameter, is adopted. The nonlinear dynamic response is solved using the implicit Newmark method, allowing efficient analysis of beams subjected to complex loading and boundary conditions. The results show that the proposed approach accurately captures the response of geometrically nonlinear beams and reproduces the behavior of neo-Hookean hyperelastic beams when the extensibility parameter of the Gent model approaches very large values. As the extensibility parameter decreases, the influence of chain extensibility becomes increasingly pronounced. This effect is particularly relevant for applications involving rubber and soft-robotic beams, bio-inspired flexible structures, and elastomeric beams subjected to large-strain vibrations, impact, and other transient loading conditions.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Transient response</kwd>
<kwd>beam structures</kwd>
<kwd>hyperelasticity</kwd>
<kwd>gent model</kwd>
<kwd>newmark method</kwd>
</kwd-group></article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The study of large deformations in hyperelastic beams has attracted considerable attention in recent years because of its relevance to a wide range of engineering applications, including biomechanics, soft robotics, aerospace structures, and flexible electronic devices [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. Unlike classical linear elastic materials, hyperelastic materials exhibit highly nonlinear stress&#x2013;strain behavior, which makes their mechanical response more complex and difficult to model accurately [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>].</p>
<p>The dynamic response of hyperelastic materials has been investigated using both analytical and numerical approaches. Analytical solutions provide valuable insight into the fundamental behavior of these materials [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>]. However, because large-deformation problems are inherently complex, numerical techniques particularly the finite element method (FEM) have become essential tools for their analysis [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>]. Advances in computational mechanics have made it possible to simulate large-deformation responses with increasing accuracy, enabling the investigation of a broad range of loading scenarios and boundary conditions [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>]. In addition, experimental studies have confirmed the occurrence of nonlinear wave phenomena in soft materials, further highlighting the need for robust and reliable modeling approaches [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>].</p>
<p>Among various hyperelastic material models, the Gent model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] is a widely accepted framework for capturing the finite deformation behavior of such materials, especially those with limited chain extensibility. This model effectively addresses the stiffening observed in polymeric and biological materials, rendering it a crucial tool for researchers in material science and structural mechanics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]. A key challenge in modeling hyperelastic beams lies in selecting appropriate constitutive models. The Gent model, specifically, is frequently employed due to its capacity to incorporate the finite extensibility of polymer chains, thus offering a more realistic representation for biological and soft materials [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>]. When contrasted with other hyperelastic models, such as the Mooney&#x2013;Rivlin and Ogden models, the Gent model provides a more accurate approximation for materials subjected to extreme deformations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>].</p>
<p>Understanding the dynamic response of hyperelastic beams undergoing large deformations is essential for accurately predicting their performance in real-world applications. Classical beam theories are inadequate for capturing the nonlinear and time-dependent behavior inherent in hyperelastic structures [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]. Therefore, advanced formulations that incorporate finite elasticity and nonlinear kinematics are necessary [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. Such approaches offer a more comprehensive understanding of the intricate interaction between material nonlinearity, large deformations, and dynamic effects; an understanding that is critical for designing and analyzing flexible medical devices and morphing aerospace structures [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>].</p>
<p>Numerous studies have addressed the dynamic analysis of beam structures for various applications [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>]. Destrade et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>] investigated the influence of the nonlinear characteristics of hyperelastic materials and showed that such behavior can introduce dispersion and attenuation effects in wave propagation. Using nonlocal continuum theory in conjunction with Euler&#x2013;Bernoulli beam theory, Civalek and Demir [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] examined the buckling behavior of a cantilever carbon nanotube (CNT) beam. Hameury et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] studied large-amplitude vibrations through an experimental setup developed for the active control of a sandwich beam.</p>
<p>Arefi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>] analyzed the nonlinear vibration of functionally graded (FG) Timoshenko nanobeams, emphasizing the effects of flexoelectricity, surface energy, and residual stress. Alibakhshi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] investigated the nonlinear vibration of a microcantilever using the Euler&#x2013;Bernoulli beam model. The dynamics of a multilayered microbeam with an axially functionally graded core and an intermediate elastic support were examined in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>], where the modal decomposition method was employed to handle the coupled equations of motion.</p>
<p>The dynamic instability of a sandwich beam based on the third-order shear deformation theory was comprehensively analyzed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>]. Adela Mejia-Nava et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>] also investigated the instability of geometrically exact beams under both static and dynamic conditions. The deformation behavior of an Euler&#x2013;Bernoulli FG nanobeam containing a crack was examined in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>]. In-plane buckling of small- and large-curvature FG microbeams was studied in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>] using the isogeometric collocation method. The coupled dynamic response of a double-beam system reinforced with functionally graded CNTs was investigated in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>].</p>
<p>Aria et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>] employed the finite element method to study the thermal vibration of a cracked nanobeam. Peng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>] modeled the mechanical behavior of 3D-printed sandwich cellular structures. The dynamic analysis of porous composite beams with geometric imperfections was carried out in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>]. Karami et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>] applied nonlocal strain-gradient theory to examine the dynamic behavior of nanobeams in a thermal environment. Firouzi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>] investigated nonlinear free vibrations of geometrically exact beams under different boundary conditions. Finally, Bayat et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>] presented a comprehensive review of engineering structures, including beams reinforced with carbon nanotubes and graphene platelet nanofillers.</p>
<p>A review of the existing literature shows that most studies on the dynamic response of beam structures have focused primarily on geometrically exact beam formulations. The aim of this study is to develop a comprehensive framework for analyzing the transient response of hyperelastic beams subjected to large deformations. Specifically, the objective is to model beams made of rubber-like hyperelastic materials whose strain-stiffening behavior at large stretches is accurately captured by the Gent model. Because the response is dynamic, inertia effects are explicitly included.</p>
<p>The principal nonlinearities considered in this work include material nonlinearity, represented through the Gent hyperelastic constitutive law; geometric nonlinearity, arising from finite strains and large rotations; and dynamic nonlinearity, which appears through inertia effects and nonlinear internal forces. By incorporating advanced numerical techniques, this research seeks to bridge the gap between theoretical modeling and practical applications.</p>
<p>In this study, the Gent hyperelastic model is adopted, the time integration is performed using the implicit Newmark method, and a nonlinear finite element formulation for a five-parameter beam element is developed. The results contribute to a deeper understanding of hyperelastic materials and their behavior in modern engineering applications.</p>
<p>The remainder of this paper is organized as follows. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> presents the derivation of the kinematic quantities associated with finite beam deformations. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> develops the constitutive equations for the Gent hyperelastic beam model. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> is dedicated to the finite element formulation for large-deformation dynamic analysis of beams. Several illustrative examples are provided and solved in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>. Finally, <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref> summarizes the key findings and conclusions of the study.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Governing Kinematical Relations for Large Deformations of a Beam</title>
<p>In this section, the governing kinematic relations for the finite deformation of a straight beam are derived. Two Cartesian coordinate systems <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are considered: one representing the reference configuration and the other the deformed state. The reference coordinate system is initially aligned with the beam&#x2019;s undeformed centroidal axis. The beam has an initial length <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula>, while its cross-section is characterized by a width <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> and a thickness <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>When subjected to various loading conditions, the beam undergoes deformation into its current (deformed) configuration, as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>. This framework forms the basis for analyzing large deformations and for establishing subsequent formulations for hyperelastic beam behavior.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Schematics of a beam showing dimensions and loading conditions.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-1.tif"/>
</fig>
<p>The deformation of the beam is assumed to be two-dimensional and confined to the <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>-plane. Accordingly, the position of an arbitrary point within the beam can be described as
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the unit basis vectors in the<inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>- and<inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>-directions, respectively. After deformation, the position of the same point can be expressed as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>]:<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the stretch parameter introduced to prevent the Poisson locking phenomenon, and <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents time. In addition, <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the director vector that characterizes the rotation of the beam cross-section. A new parameter, referred to as the difference vector, is defined as
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Furthermore, by introducing the displacement vector
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>the deformation gradient tensor can then be obtained as follows:<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>Grad</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>Grad</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>Grad</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Grad</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The linearized form of the deformation gradient tensor can be expressed as
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are defined as
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Based on the deformation gradient tensor, the right Cauchy&#x2013;Green deformation tensor is expressed as
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are defined as follows
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>It should be noted that the Green&#x2013;St. Venant strain tensor is calculated as
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are given by:<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Accordingly, the degrees of freedom for the beam element consist of the displacement parameters <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the components of the difference vector <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the stretch parameter <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Therefore, five unknown variables need to be determined at each point along the beam.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Strain Energy Function and Stress Calculation</title>
<p>In this work, the Gent strain energy density function is adopted to model the finite deformation behavior of hyperelastic beams, which is expressed as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>]:<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In this expression, <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the first invariant of the Cauchy&#x2013;Green strain tensor. The quantity <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the Jacobian of the deformation gradient tensor, that is, <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In addition, <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are material parameters, where <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the chain-extensibility parameter. It is also noted that as <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the Gent model reduces to the classical neo-Hookean hyperelastic formulation.</p>
<p>Based on the strain energy density function, the corresponding stress measures can be derived. In large-deformation analysis, multiple stress definitions may be used depending on the formulation and requirements of the problem. In this study, the 2nd Piola&#x2013;Kirchhoff stress tensor is employed, as it is energetically conjugate to the Green&#x2013;Lagrange strain tensor within the Lagrangian framework. The 2nd Piola&#x2013;Kirchhoff stress tensor is obtained as follows:<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>In beam structural analysis, it is customary to express quantities in a linearized form, where one component represents the in-plane deformation and the other corresponds to the curvature effects, as introduced in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>. To obtain the linear representation of the stress, several preliminary calculations are required [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>]:<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>with</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>with</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>with</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The linearized form of the stress is obtained as follows:<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Moreover, the elasticity tensor is obtained by differentiating the second Piola&#x2013;Kirchhoff stress tensor with respect to the right Cauchy&#x2013;Green tensor, leading to the following relation:<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder></mml:math></inline-formula> are the non-standard tensor product. Considering <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as two second-order tensors, the non-standard tensor products are defined as:<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Representation of the fourth-order elasticity tensor in linearized form yields the following relations:<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mo>&#x005F;</mml:mo></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Finite Element Analysis</title>
<p>In this section, a nonlinear finite element formulation for the large-amplitude dynamic response of hyperelastic beams is developed. For this purpose, Hamilton&#x2019;s principle is expressed as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>]:<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>In this expression, <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> denote the virtual kinetic energy, the virtual internal energy, and the virtual work of external forces, respectively. Within each beam element, the generalized displacement field is approximated using the following discretization:<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the interpolation functions and <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the number of nodes per element. The virtual kinetic energy is derived as follows:<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the density. By taking integral by part, it is re-written as:<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">Eq. (27)</xref>, the virtual kinetic energy can be evaluated as follows:<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the element mass matrix, whose components are obtained from the following relation:<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the initial cross-sectional area of the beam. By assembling the element mass matrices over all elements, the final expression for the virtual kinetic energy is obtained
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denotes the assembly operator. Next, the virtual work of the external loads can be written as follows:<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the body force per unit volume <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the external traction vector acting on a unit area, respectively. By neglecting the body force and assembling the external forces over all elements, the global expression for the external virtual work can be written as:<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denotes the external force acting at the <italic>I&#x2019;</italic>th node, given by:<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo>}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The virtual internal energy is expressed as:<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003A;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>It should be noted that the force and moment resultants are obtained as:<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the second moment of area (area moment of inertia). Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">Eqs. (37)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">(36)</xref> yields the following relation:<disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The Green-St Venant strain tensor can be approximated using the strain-displacement matrices as follows:<disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the linear and nonlinear strain&#x2013;displacement matrices, respectively. Consequently, the discretized form of the virtual internal energy is expressed as follows:<disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the internal force at <italic>I&#x2019;</italic>th node and given by
<disp-formula id="eqn-41"><label>(41)</label><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Finally, by substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-32">Eqs. (32)</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">(34)</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-40">(40)</xref> into the governing formulation, the following expression is obtained:<disp-formula id="eqn-42"><label>(42)</label><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>As <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not zero, it is concluded that:<disp-formula id="eqn-43"><label>(43)</label><mml:math id="mml-eqn-43" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Several approaches have been proposed in the literature for solving the nonlinear system of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-43">Eq. (43)</xref>. In the present study, the Newmark method is adopted for time discretization. Assuming that the solution is known at time step <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the objective is to determine the corresponding quantities at time step <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>denotes the time increment. Accordingly, the updated expressions for displacement and velocity can be written as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>]:<disp-formula id="eqn-44"><label>(44)</label><mml:math id="mml-eqn-44" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>B&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>B&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-45"><label>(45)</label><mml:math id="mml-eqn-45" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>To ensure unconditional stability of the time integration scheme, the following parameter values are adopted:<disp-formula id="eqn-46"><label>(46)</label><mml:math id="mml-eqn-46" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-43">Eq. (43)</xref> can therefore be rewritten as follows:<disp-formula id="eqn-47"><label>(47)</label><mml:math id="mml-eqn-47" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-47">Eq. (47)</xref> is linearized using the Newton&#x2013;Raphson method. By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eqs. (34)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-40">(40)</xref>, the residual vector can be obtained as follows:<disp-formula id="eqn-48"><label>(48)</label><mml:math id="mml-eqn-48" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>By applying the Newton&#x2013;Raphson method, the corresponding linearized form can be expressed as follows:<disp-formula id="eqn-49"><label>(49)</label><mml:math id="mml-eqn-49" display="block"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="fraktur">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the element stiffness matrix, defined as:<disp-formula id="eqn-50"><label>(50)</label><mml:math id="mml-eqn-50" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>mat</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>geo</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Numerical Results</title>
<p>This section is devoted to evaluating the performance and accuracy of the formulations developed in the previous sections. To this end, three representative examples involving complex loading and boundary conditions are investigated. In all examples, three-node quadratic beam elements with reduced integration are employed in order to prevent shear locking.</p>
<sec id="s5_1">
<label>5.1</label>
<title>Transient Response of a Cantilever under Distributed Load</title>
<p>In the first example, the dynamic response of a cantilever beam subjected to a time-dependent external load is examined. The elasticity modulus is <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>82.74</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>MPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The length, width and thickness of beam are <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>25.4</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>cm</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.54</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>cm</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.54</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>cm</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. Moreover, the beam density is <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10.687</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>kg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the total time is <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>57.3</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To apply boundary conditions, the five DOFs at the left side of the cantilever are clamped as <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, the beam is subjected to constant pressure <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.85</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>lb</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Schematic of cantilever subjected to distributed load.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-2.tif"/>
</fig>
<p>The total simulation time is divided into increments of size <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.35</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For the analysis based on the Gent model, the corresponding material parameter <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>34.47</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;MPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is evaluated. In addition, the parameters <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2500</mml:mn></mml:math></inline-formula> are adopted. The curves of deflection ratio <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs. time parameter <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are obtained for different values of the extensibility parameter <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. The result indicates excellent agreement with the result reported by [<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>] when <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula> in these finite element simulations, this condition is approximated by selecting a sufficiently large value for <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The results demonstrate that decreasing the limiting chain extensibility parameter results in a stiffer response during the transient deformation of the hyperelastic beam. As a quantitative comparison, for example, with <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the maximum nondimensional tip deflection of the beam is reduced by approximately 27% compared to the case where <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Furthermore, the deformed configurations of the beam for <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> at different time parameters are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>. In addition, a mesh sensitivity study is presented in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>, showing that a discretization with ten elements is sufficient to achieve accurate results.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Time response of the nondimensional deflection <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> for different values of extensibility parameter <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>].</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-3.tif"/>
</fig><fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Deformed shapes of the cantilever at different time parameters <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-4.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Mesh sensitivity analysis for dynamic response of the cantilever.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th></th>
<th><inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9622194</td>
<td>0.9988941</td>
<td>1.0762782</td>
<td>1.1447489</td>
<td>1.2416845</td>
<td>1.3157287</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9964317</td>
<td>1.0012000</td>
<td>1.0076786</td>
<td>1.0088675</td>
<td>1.0238730</td>
<td>1.0320543</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9997439</td>
<td>1.0000901</td>
<td>1.0011992</td>
<td>1.0006999</td>
<td>1.0030164</td>
<td>1.0035884</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.0000764</td>
<td>1.0000013</td>
<td>1.0002155</td>
<td>1.0000818</td>
<td>1.0004679</td>
<td>1.0004123</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5_2">
<label>5.2</label>
<title>Dynamic Response of a Supported-Clamped Beam with One Extra Support</title>
<p>In this example, the dynamic response of a clamped-supported beam, featuring an additional support at its mid-span and subjected to complex loading conditions, is investigated. The Young&#x2019;s modulus and the Poisson&#x2019;s ratio of the beam are <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.4</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively. The density is <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>kg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Besides, the length is <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the width and thickness are <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The beam is applied to a constant load <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the interval of <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Moreover, it is subjected to a point load <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6.67</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Schematic of supported-clamped beam with extra support in the middle subjected to distributed load at <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and a point load at <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-5.tif"/>
</fig>
<p>To impose the boundary conditions, the supported points satisfy <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while the boundary conditions in the clamped point are <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. By using the Gent hyperelastic model, the material parameters are set as <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4615.4</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5384.6</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The curves of deflection ratio <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> vs. time parameter <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref> for different values for extensibility parameter <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The curves are also plotted for the location of point load and depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>. The result reveals that when <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, here for finite element simulation, we consider large value <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The results show that reducing the limiting chain extensibility parameter leads to a stiffer response in the transient deformation of the hyperelastic beam model. As an example, for <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the maximum deflection at the point <italic>A</italic> of the beam decreases by 23% in comparison to the case where <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Finally, the deformed configurations of the supported&#x2013;clamped beam with an additional mid-span support are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref>. A mesh sensitivity analysis is also performed, and the corresponding results are summarized in <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>.</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Time response of the deflection <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for various values of <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-6.tif"/>
</fig><fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Time response of the deflection <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for various values of parameter <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-7.tif"/>
</fig><fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Deformed shapes of the supported-clamped beam with extra support in the middle at different time parameters <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-8.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Mesh sensitivity analysis for dynamic response of the simply supported-clamped beam with one extra support.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th></th>
<th><inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.8073549</td>
<td>0.8676084</td>
<td>0.8455928</td>
<td>0.7561741</td>
<td>1.7662481</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9345453</td>
<td>0.9241677</td>
<td>0.8644630</td>
<td>0.7701017</td>
<td>1.7899937</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9595087</td>
<td>0.9408307</td>
<td>0.8922715</td>
<td>0.8343928</td>
<td>1.8854212</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9787287</td>
<td>0.9681008</td>
<td>0.9435270</td>
<td>0.9099674</td>
<td>1.3762555</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.9913640</td>
<td>0.9870096</td>
<td>0.9764234</td>
<td>0.9656469</td>
<td>1.1042929</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>28</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
<td>1.0000000</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5_3">
<label>5.3</label>
<title>Dynamic Response of a Clamped-Sliding Beam with Two Extra Supports</title>
<p>In the final example, the dynamic response of a clamped-sliding beam equipped with two additional supports is examined. The length of the beam is <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and one additional support is located at <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and one roller is positioned at <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The Young&#x2019;s modulus and the Poisson&#x2019;s ratio and the density of the beam are denoted by <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.4</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>kg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, respectively. Moreover, the width and thickness are denoted by <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The beam is subjected to a dead load <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> over the interval <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Also, the point load <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is applied at <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and one point load <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>16.67</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is applied at the sliding point <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref>.</p>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Schematic of clamped-sliding beam with extra support at <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and roller at <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> subjected to distributed load at <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and two different point loads at <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-9.tif"/>
</fig>
<p>For this case, to enforce the boundary conditions, at the clamped end, <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the corresponding constraint must be imposed. For the left simply-supported support, the condition <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> must be imposed, while for the right support the condition, <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is applied. Moreover, for the sliding boundary at the right end of the beam, one may impose <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. By using the Gent hyperelastic model, the material parameters are set as <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4615.4</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5384.6</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The deflection curves <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> vs. <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10</xref> for different values of the extensibility parameter <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The curves are also plotted for the location of points <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Figs. 11</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-12">12</xref>, respectively. The results demonstrate that when <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, here for finite element simulation, we consider a sufficiently large value of <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Finally, the deformed configurations of the beam at different time steps for <inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> are portrayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13</xref>.</p>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>Time response of the deflection <inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in a clamped-sliding beam containing two extra supports with various values of <inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-10.tif"/>
</fig><fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<title>Time response of the deflection <inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in a clamped-sliding beam containing two extra supports with various values of <inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-11.tif"/>
</fig><fig id="fig-12">
<label>Figure 12</label>
<caption>
<title>Time response of the deflection <inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in a clamped-sliding beam containing two extra supports with various values of <inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-12.tif"/>
</fig><fig id="fig-13">
<label>Figure 13</label>
<caption>
<title>Deformed shapes of the supported-clamped beam with two extra supports at different time parameters <inline-formula id="ieqn-173"><mml:math id="mml-ieqn-173"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-174"><mml:math id="mml-ieqn-174"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_75681-fig-13.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Conclusion</title>
<p>Although the Gent hyperelastic model is well established for describing the strain-stiffening response of soft materials, its use in beam-type structural members subjected to transient dynamic loading has been only marginally explored in the existing literature. Consequently, extending this model to finite transient deformations of beams represents a meaningful and original contribution.</p>
<p>In this study, the Gent hyperelastic model was employed to investigate the transient response of beams under various loading scenarios and boundary conditions. The main findings can be summarized as follows:<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>A formulation for the transient deformation of beam structures based on the Gent model was successfully developed.</p></list-item>
<list-item>
<p>The finite element method enabled the analysis of beams without limitations on the applied loads or boundary constraints.</p></list-item>
<list-item>
<p>The proposed framework consistently reduces to both the geometrically nonlinear formulation and the classical neo-Hookean model in the limit as <inline-formula id="ieqn-175"><mml:math id="mml-ieqn-175"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item>
<p>Incorporating chain extensibility effects leads to a stiffer structural response compared with models that neglect these effects.</p></list-item>
</list></p>
<p>Overall, the presented formulation provides a comprehensive basis for analyzing the dynamic behavior of hyperelastic beams undergoing large deformations.</p>
<p><bold><italic>Limitations and Future Developments</italic></bold></p>
<p>The present study extends the formulation of finite dynamic deformations of geometrically exact beams to the framework of the Gent hyperelastic model. Although the proposed model produces promising theoretical results, it currently remains primarily within a theoretical framework, as experimental investigations of this formulation for beam-type structures have not yet been conducted.</p>
<p>The Gent hyperelastic model has demonstrated strong capability in predicting the large-deformation behavior of rubber-like materials [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. However, experimental studies focusing specifically on the dynamic response of rubber-like beam structures remain limited.</p>
<p>Future work may therefore focus on designing an experimental setup to investigate the dynamic behavior of rubbery beam-like structures. Such experiments would allow direct comparison between theoretical predictions and measured responses, thereby providing further validation and practical significance for the proposed model.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>Not applicable.</p>
</ack>
<sec>
<title>Funding Statement</title>
<p>The author received no specific funding for this study.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability">
<title>Availability of Data and Materials</title>
<p>The data supporting the findings of this study are available from the corresponding author upon reasonable request.</p>
</sec>
<sec>
<title>Ethics Approval</title>
<p>Not applicable.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement">
<title>Conflicts of Interest</title>
<p>The author declares no conflicts of interest.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Holzapfel</surname> <given-names>GA</given-names></string-name></person-group>. <source>Nonlinear solid mechanics: a continuum approach for engineering science</source>. <publisher-loc>Chichester, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>; <year>2000</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ogden</surname> <given-names>RW</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Non-linear elastic deformations</article-title>. <source>Eng Anal</source>. <year>1984</year>;<volume>1</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>119</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0264-682x(84)90061-3</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dorfmann</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ogden</surname> <given-names>RW</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A constitutive model for the Mullins effect with permanent set in particle-reinforced rubber</article-title>. <source>Int J Solids Struct</source>. <year>2004</year>;<volume>41</volume>(<issue>7</issue>):<fpage>1855</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2003.11.014</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ma</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cai</surname> <given-names>CS</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>The theoretical impact factor spectrum for highway beam bridges</article-title>. <source>J Bridge Eng</source>. <year>2021</year>;<volume>26</volume>(<issue>12</issue>):<fpage>04021089</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)be.1943-5592.0001800</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tojaga</surname> <given-names>V</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gasser</surname> <given-names>TC</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kulachenko</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>&#x00D6;stlund</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ibrahimbegovic</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Geometrically exact beam theory with embedded strong discontinuities for the modeling of failure in structures. Part I: formulation and finite element implementation</article-title>. <source>Comput Meth Appl Mech Eng</source>. <year>2023</year>;<volume>410</volume>:<fpage>116013</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2023.116013</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mihai</surname> <given-names>LA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goriely</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>How to characterize a nonlinear elastic material? A review on nonlinear constitutive parameters in isotropic finite elasticity</article-title>. <source>Proc R Soc A</source>. <year>2017</year>;<volume>473</volume>(<issue>2207</issue>):<fpage>20170607</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.2017.0607</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">29225507</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rivlin</surname> <given-names>RS</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Large elastic deformations of isotropic materials IV. further developments of the general theory</article-title>. <source>Philos Trans R Soc Lond Ser A Math Phys Sci</source>. <year>1948</year>;<volume>241</volume>(<issue>835</issue>):<fpage>379</fpage>&#x2013;<lpage>97</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsta.1948.0024</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Belytschko</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname> <given-names>WK</given-names></string-name>, <string-name><surname>Moran</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elkhodary</surname> <given-names>K</given-names></string-name></person-group>. <source>Nonlinear finite elements for continua and structures</source>. <edition>2nd ed</edition>. <publisher-loc>Hoboken, NJ, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>; <year>2013</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bonet</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wood</surname> <given-names>RD</given-names></string-name></person-group>. <source>Nonlinear continuum mechanics for finite element analysis</source>. <edition>2nd ed</edition>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>; <year>2008</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Holzapfel</surname> <given-names>GA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gasser</surname> <given-names>TC</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ogden</surname> <given-names>RW</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A new constitutive framework for arterial wall mechanics and a comparative study of material models</article-title>. <source>J Elast</source>. <year>2000</year>;<volume>61</volume>(<issue>1&#x2013;3</issue>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Reese</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Govindjee</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A theory of finite viscoelasticity and numerical aspects</article-title>. <source>Int J Solids Struct</source>. <year>1998</year>;<volume>35</volume>(<issue>26&#x2013;27</issue>):<fpage>3455</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0020-7683(97)00217-5</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mihai</surname> <given-names>LA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chin</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Janmey</surname> <given-names>PA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goriely</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A comparison of hyperelastic constitutive models applicable to brain and fat tissues</article-title>. <source>J R Soc Interface</source>. <year>2015</year>;<volume>12</volume>(<issue>110</issue>):<fpage>20150486</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2015.0486</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">26354826</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Horgan</surname> <given-names>CO</given-names></string-name>, <string-name><surname>Murphy</surname> <given-names>JG</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Constitutive modeling for moderate deformations of slightly compressible rubber</article-title>. <source>J Rhel</source>. <year>2009</year>;<volume>53</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>153</fpage>&#x2013;<lpage>68</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1122/1.3037263</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gent</surname> <given-names>AN</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A new constitutive relation for rubber</article-title>. <source>Rubber Chem Technol</source>. <year>1996</year>;<volume>69</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>59</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.5254/1.3538357</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Horgan</surname> <given-names>CO</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saccomandi</surname> <given-names>G</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A description of arterial wall mechanics using limiting chain extensibility constitutive models</article-title>. <source>Biomech Model Mechanobiol</source>. <year>2003</year>;<volume>1</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>251</fpage>&#x2013;<lpage>66</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10237-002-0022-z</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">14586694</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Beatty</surname> <given-names>MF</given-names></string-name></person-group>. <article-title>An average-stretch full-network model for rubber elasticity</article-title>. <source>J Elast</source>. <year>2003</year>;<volume>70</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>65</fpage>&#x2013;<lpage>86</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1023/B:ELAS.0000005553.38563.91</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ogden</surname> <given-names>RW</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saccomandi</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sgura</surname> <given-names>I</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Fitting hyperelastic models to experimental data</article-title>. <source>Comput Mech</source>. <year>2004</year>;<volume>34</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>484</fpage>&#x2013;<lpage>502</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00466-004-0593-y</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gent</surname> <given-names>AN</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Elastic instabilities in rubber</article-title>. <source>Int J Non Linear Mech</source>. <year>2005</year>;<volume>40</volume>(<issue>2&#x2013;3</issue>):<fpage>165</fpage>&#x2013;<lpage>75</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2004.05.006</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Love</surname> <given-names>AEH</given-names></string-name></person-group>. <source>A treatise on the mathematical theory of elasticity</source>. <edition>4th ed</edition>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>; <year>1922</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Reddy</surname> <given-names>JN</given-names></string-name></person-group>. <source>Energy principles and variational methods in applied mechanics</source>. <edition>2nd ed</edition>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>; <year>2002</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Antman</surname> <given-names>SS</given-names></string-name></person-group>. <source>Nonlinear problems of elasticity</source>. <edition>2nd ed</edition>. <publisher-loc>Berlin/Heidelberg, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>; <year>2005</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Coman</surname> <given-names>CD</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bassom</surname> <given-names>AP</given-names></string-name></person-group>. <article-title>On the wrinkling of a pre-stressed annular thin film in tension</article-title>. <source>J Mech Phys Solids</source>. <year>2007</year>;<volume>55</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>1601</fpage>&#x2013;<lpage>17</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2007.01.006</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Destrade</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gilchrist</surname> <given-names>MD</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ogden</surname> <given-names>RW</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Third- and fourth-order elasticities of biological soft tissues</article-title>. <source>J Acoust Soc Am</source>. <year>2010</year>;<volume>127</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>2103</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1121/1.3337232</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">20369989</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>Q</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>AM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname> <given-names>K</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A nonlocal nonlinear stiffened shell theory with stiffeners modeled as geometrically-exact beams</article-title>. <source>Comput Meth Appl Mech Eng</source>. <year>2022</year>;<volume>397</volume>:<fpage>115150</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2022.115150</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>[25]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ljukovac</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ibrahimbegovic</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Husic</surname> <given-names>MC</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Nonlinear dynamics and control of reissner&#x2019;s 2D geometrically exact beam by distributed port-Hamiltonian system</article-title>. <source>Numer Meth Eng</source>. <year>2025</year>;<volume>126</volume>(<issue>16</issue>):<fpage>e70103</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.70103</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>[26]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alibakhshi</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dastjerdi</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Malikan</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Eremeyev</surname> <given-names>VA</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Nonlinear free and forced vibrations of a hyperelastic micro/nanobeam considering strain stiffening effect</article-title>. <source>Nanomaterials</source>. <year>2021</year>;<volume>11</volume>(<issue>11</issue>):<fpage>3066</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/nano11113066</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">34835830</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ibrahimbegovic</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mejia-Nava</surname> <given-names>RA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ljukovac</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Reduced model for fracture of geometrically exact planar beam: non-local variational formulation, ED-FEM approximation and operator split solution</article-title>. <source>Numer Meth Eng</source>. <year>2024</year>;<volume>125</volume>:<fpage>e7369</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.7369</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nguyen-Van</surname> <given-names>V</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nguyen-Xuan</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tran</surname> <given-names>P</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamic responses of bioinspired plastic-reinforced cementitious beams</article-title>. <source>Cem Concr Compos</source>. <year>2022</year>;<volume>133</volume>:<fpage>104682</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cemconcomp.2022.104682</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Penna</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lovisi</surname> <given-names>G</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Surface and nonlocal effects in piezoelectric nanobeams</article-title>. <source>Eur J Mech A</source>. <year>2025</year>;<volume>113</volume>:<fpage>105715</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.euromechsol.2025.105715</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Civalek</surname> <given-names>&#x00D6;</given-names></string-name>, <string-name><surname>Demir</surname> <given-names>C</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Buckling and bending analyses of cantilever carbon nanotubes using the Euler-Bernoulli beam theory based on non-local continuum model</article-title>. <source>Asian J Civ Eng</source>. <year>2011</year>;<volume>12</volume>:<fpage>651</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hameury</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ferrari</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Franchini</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Amabili</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>An experimental approach to multi-input multi-output nonlinear active vibration control of a clamped sandwich beam</article-title>. <source>Mech Syst Signal Process</source>. <year>2024</year>;<volume>216</volume>:<fpage>111496</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2024.111496</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Arefi</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pourjamshidian</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ghorbanpour Arani</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Influence of flexoelectric, small-scale, surface and residual stress on the nonlinear vibration of sigmoid, exponential and power-law FG Timoshenko nano-beams</article-title>. <source>J Low Freq Noise Vib Act Control</source>. <year>2019</year>;<volume>38</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>122</fpage>&#x2013;<lpage>42</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1461348418815410</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alibakhshi</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rahmanian</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dastjerdi</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Malikan</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Karami</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Akg&#x00F6;z</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <etal>et al</etal></person-group>. <article-title>Hyperelastic microcantilever AFM: efficient detection mechanism based on principal parametric resonance</article-title>. <source>Nanomaterials</source>. <year>2022</year>;<volume>12</volume>(<issue>15</issue>):<fpage>2598</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/nano12152598</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">35957026</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sibtain</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yee</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ong</surname> <given-names>OZS</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ghayesh</surname> <given-names>MH</given-names></string-name>, <string-name><surname>Amabili</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamics of size-dependent multilayered shear deformable microbeams with axially functionally graded core and non-uniform mass supported by an intermediate elastic support</article-title>. <source>Eng Anal Bound Elem</source>. <year>2023</year>;<volume>146</volume>:<fpage>263</fpage>&#x2013;<lpage>83</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enganabound.2022.10.030</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>[35]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Asgari</surname> <given-names>GR</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arabali</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Babaei</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Asemi</surname> <given-names>K</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamic instability of sandwich beams made of isotropic core and functionally graded graphene platelets-reinforced composite face sheets</article-title>. <source>Int J Str Stab Dyn</source>. <year>2022</year>;<volume>22</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>2250092</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0219455422500924</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Adela Mejia-Nava</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Imamovic</surname> <given-names>I</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hajdo</surname> <given-names>E</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ibrahimbegovic</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Nonlinear instability problem for geometrically exact beam under conservative and non-conservative loads</article-title>. <source>Eng Struct</source>. <year>2022</year>;<volume>265</volume>:<fpage>114446</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2022.114446</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>[37]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lovisi</surname> <given-names>G</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Application of the surface stress-driven nonlocal theory of elasticity for the study of the bending response of FG cracked nanobeams</article-title>. <source>Compos Struct</source>. <year>2023</year>;<volume>324</volume>:<fpage>117549</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2023.117549</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sahmani</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Safaei</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Nonlinear in-plane buckling of small-curved and large-curved FG porous microbeams via strain gradient-based isogeometric collocation formulations</article-title>. <source>Compos Struct</source>. <year>2024</year>;<volume>334</volume>:<fpage>117969</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2024.117969</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ong</surname> <given-names>OZS</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ghayesh</surname> <given-names>MH</given-names></string-name>, <string-name><surname>Losic</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Amabili</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Coupled dynamics of double beams reinforced with bidirectional functionally graded carbon nanotubes</article-title>. <source>Eng Anal Bound Elem</source>. <year>2022</year>;<volume>143</volume>:<fpage>263</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enganabound.2022.06.023</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Aria</surname> <given-names>AI</given-names></string-name>, <string-name><surname>Friswell</surname> <given-names>MI</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Thermal vibration analysis of cracked nanobeams embedded in an elastic matrix using finite element analysis</article-title>. <source>Compos Struct</source>. <year>2019</year>;<volume>212</volume>:<fpage>118</fpage>&#x2013;<lpage>28</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2019.01.040</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Peng</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fox</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qian</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nguyen-Xuan</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tran</surname> <given-names>P</given-names></string-name></person-group>. <article-title>3D printed sandwich beams with bioinspired cores: mechanical performance and modelling</article-title>. <source>Thin Walled Struct</source>. <year>2021</year>;<volume>161</volume>:<fpage>107471</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tws.2021.107471</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Khaniki</surname> <given-names>HB</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ghayesh</surname> <given-names>MH</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hussain</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Amabili</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Effects of geometric nonlinearities on the coupled dynamics of CNT strengthened composite beams with porosity, mass and geometric imperfections</article-title>. <source>Eng Comput</source>. <year>2022</year>;<volume>38</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>3463</fpage>&#x2013;<lpage>88</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00366-021-01474-9</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Karami</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Janghorban</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamics of two-dimensional functionally graded tapered Timoshenko nanobeam in thermal environment using nonlocal strain gradient theory</article-title>. <source>Compos Part B Eng</source>. <year>2020</year>;<volume>182</volume>:<fpage>107622</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compositesb.2019.107622</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>[44]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Firouzi</surname> <given-names>N</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lenci</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Amabili</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Nonlinear free vibrations of Timoshenko-Ehrenfest beams using finite element analysis and direct scheme</article-title>. <source>Nonlinear Dyn</source>. <year>2024</year>;<volume>112</volume>(<issue>9</issue>):<fpage>7199</fpage>&#x2013;<lpage>213</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-024-09403-3</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>[45]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bayat</surname> <given-names>MJ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Asemi</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kalhori</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Babaei</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Plates, beams and shells reinforced by CNTs or GPLs: a review on their structural behavior and computational methods</article-title>. <source>Comput Model Eng Sci</source>. <year>2025</year>;<volume>142</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>1351</fpage>&#x2013;<lpage>458</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2025.060222</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>[46]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>&#x017B;ur</surname> <given-names>KK</given-names></string-name>, <string-name><surname>Firouzi</surname> <given-names>N</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname> <given-names>X</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Large deformation of hyperelastic modified Timoshenko-Ehrenfest beams under different types of loads</article-title>. <source>Comput Meth Appl Mech Eng</source>. <year>2023</year>;<volume>416</volume>:<fpage>116368</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2023.116368</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>[47]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bathe</surname> <given-names>K-J</given-names></string-name></person-group>. <source>Finite element procedures</source>. <publisher-loc>London, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Pearson Education</publisher-name>; <year>1996</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-48"><label>[48]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bathe</surname> <given-names>KJ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ramm</surname> <given-names>E</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wilson</surname> <given-names>EL</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Finite element formulations for large deformation dynamic analysis</article-title>. <source>Numer Meth Eng</source>. <year>1975</year>;<volume>9</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>353</fpage>&#x2013;<lpage>86</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.1620090207</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>