Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.227-234
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2003
In this study, an equivalent continuum model for single wall carbon nanotube is proposed. The model links interatomic potentials and atom structure of a materials to a constitutive model on the continuum level. The Young's modulus and shear modulus were predicted by the model. The predictions were in good agreement with the prior experimental results available in the literatures. Also, the strain energy of the carbon nanotube was predicted as a function of the radius of the carbon nanotube.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.6
no.4
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pp.55-59
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2005
This paper presents a feasibility study whether Shida's constitutive equation being widely used for plain carbon steel in steel manufacturing industry can be extended to alloy steels with a due carbon equivalent model. T,he constitutive relation of the alloy steels (SAE9254, AISI52100 and AISI4140) is measured using hot deformation simulator (GLEEBLE 3500C) at high temperatures ($800^{\circ}C{\~}1000^{\circ}C$) within strain rates of $0.05{\~}40\;s^{-1}$. It has been found the predicted flow stress behavior (constitutive relation) of AISI52100 steel is in agreement with the measured one. On the other hand, the measured flow stress behavior of SAE9254 and AISI4140 steel partly concords with the predicted one when material experiences relatively high strain rate ($10{\~}40\;s^{-1}$) deformation at low temperature ($800^{\circ}C$). It can be deduced that, for AISI52100 steel, Shida's equation with the carbon equivalent model can be applicable directly to the roughing and intermediate finishing stand in hot rolling process for calculating the roll force and torque.
The hardness of laser weldments has been predicted by using several carbon equivalent equations and estimation models. In this study, authors extended the model to boron steel sheets which are adopted for the hot press forming process. four kinds of boron steels with the strengths from 1500 MPa to 1900 MPa were considered and the hardness profiles of weldments was measured from the experiments of this study and the references. The traditional "Kaizu" equation could predict the hardness with an accuracy of -4.9% error although the Kaizu equation does not consider the boron content. Modified carbon equivalents were suggested by adding a term as like 5B or 14B into the Kaizu equation, and it could improve the accuracy of the prediction model.
Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
Eltaher, Mohamed A.;Almalki, Talaal A.;Ahmed, Khaled I.E.;Almitani, Khalid H.
Advances in nano research
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v.7
no.1
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pp.39-49
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2019
This paper focuses on two main objectives. The first one is to exploit an energy equivalent model and finite element method to evaluate the equivalent Young's modulus of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) at any orientation angle by using tensile test. The calculated Young's modulus is validated with published experimental results. The second target is to exploit the finite element simulation to investigate mechanical buckling and natural frequencies of SWCNTs. Energy equivalent model is presented to describe the atomic bonding interactions and their chemical energy with mechanical structural energies. A Program of Nanotube modeler is used to generate a geometry of SWCNTs structure by defining its chirality angle, overall length of nanotube and bond length between two adjacent nodes. SWCNTs are simulated as a frame like structure; the bonds between each two neighboring atoms are treated as isotropic beam members with a uniform circular cross section. Carbon bonds is simulated as a beam and the atoms as nodes. A finite element model using 3D beam elements is built under the environment of ANSYS MAPDL environment to simulate a tensile test and characterize equivalent Young's modulus of whole CNT structure. Numerical results are presented to show critical buckling loads, axial and transverse natural frequencies of SWCNTs with different orientation angles and lengths. The understanding of mechanical behaviors of CNTs are essential in developing such structures due to their great potential in wide range of engineering applications.
Semmah, Abdelwahed;Beg, O. Anwar;Mahmoud, S.R.;Heireche, Houari;Tounsi, Abdelouahed
Advances in materials Research
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v.3
no.2
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pp.77-89
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2014
In the present article, the thermal buckling of zigzag single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is studied using a nonlocal refined shear deformation beam theory and Von-Karman geometric nonlinearity. The model developed simulates both small scale effects and higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the nanobeam. Furthermore the present formulation also accommodates stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the nanobeam. A shear correction factor, therefore, is not required. The equivalent Young's modulus and shear modulus for zigzag SWCNTs are derived using an energy-equivalent model. The present study illustrates that the thermal buckling properties of SWCNTs are strongly dependent on the scale effect and additionally on the chirality of zigzag carbon nanotube. Some illustrative examples are also presented to verify the present formulation and solutions. Good agreement is observed.
In the current study, the nonlinear vibration properties of an embedded zigzag single-walled carbon nanotube (SWCNT) are investigated. Winkler-type model is used to simulate the interaction of the zigzag SWCNTs with a surrounding elastic medium. The relation between deflection amplitudes and resonant frequencies of the SWCNT is derived through harmonic balance method. The equivalent Young's modulus and shear modulus for zigzag SWCNT are derived using an energy-equivalent model. The amplitude - frequency curves for large-amplitude vibrations are graphically illustrated. The simulation results show that the chirality of zigzag carbon nanolube as well as surrounding elastic medium play more important roles in the nonlinear vibration of the single-walled carbon nanotubes.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.1-16
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2017
The compression or tension-controlled failure mode of concrete beams prestressed with unbonded FRP tendons is governed by the relative amount of prestressing tendon to the balanced one. Explicit assessment to determine the balanced reinforcement ratio of a beam with unbonded tendons (${\rho}^U_{pfb}$) is difficult because it requires a priori knowledge of the deformed beam geometry in order to evaluate the unbonded tendon strain. In this study, a theoretical evaluation of ${\rho}^U_{pfb}$ is presented based on a concept of three equivalent rectangular curvature blocks for simply supported concrete beams internally prestressed with unbonded carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) tendons. The equivalent curvature blocks were iteratively refined to closely simulate beam rotations at the supports, mid-span beam deflection, and member-dependent strain of the unbonded tendon at the ultimate state. The model was verified by comparing its predictions with the test results. Parametric studies were performed to examine the effects of various parameters on ${\rho}^U_{pfb}$.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.48
no.1
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pp.61-68
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2006
The p-version nonlinear finite element model has been developed to analyze the nonlinear behavior of simply supported RC slabs strengthened with carbon fiber reinforced plastic sheets. The shape function is adopted with integral of Legendre polynomials. The compression model of concrete is based on the Kupfer's yield criterion, hardening rule, and crushing condition. The cracking behavior is modeled by a smeared crack model. In this study, the fixed crack approach is adopted as being geometrically fixed in direction once generated. Each steel layer has a uniaxial behavior resisting only the axial force in the bar direction. Identical behavior is assumed fur tension and compression of steel according to the elastic modulus. The carbon fiber reinforced plastic sheets are considered as reinforced layers of equivalent thickness with uniaxial strength and rigidity properties in the present model. It is shown that the proposed model is able to adequately predicte the displacement and ultimate load of nonlinear simply supported RC slabs by a patch with respect to reinforcement ratio, thickness and angles of CFRP sheets.
The use of Granular Activated Carbon (GAC) and naturally occurring silica (Sand) as filtration media in water and waste water treatment systems is very common. While GAC offers the additional functionality of being an "adsorptive" filter for dissolved organics it is also more expensive. In this paper we present an experimental evaluation of the performance of a bed of GAC for colloid removal and compare the same with that from an equivalent bed of Sand. The experiments are performed in an "intermittent" manner over extended time, to "simulate" performance over the life of the filter bed. The experiments were continued till a significant drop in water flow rate through the bed was observed. A novel "deposition" and "detachment" rate based transient mathematical model is developed. It is observed that the data from the experiments can be explained by the above model, for different aqueous phase electrolyte concentrations. The model "parameters", namely the "deposition" and "detachment" rates are evaluated for the 2 filter media studied. The model suggests that the significantly better performance of GAC in colloid filtration is probably due to significantly lower detachment of colloids from the same. While the "deposition" rates are higher for GAC, the "detachment" rates are significantly lower, which makes GAC more effective than sand for colloid removal by over an order of magnitude.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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