In the present work, by considering the agglomeration effect of single-walled carbon nanotubes, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanocomposite sandwich plates resting on Pasternak foundation are presented. The volume fractions of randomly oriented agglomerated single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. To determine the effect of CNT agglomeration on the elastic properties of CNT-reinforced composites, a two-parameter micromechanical model of agglomeration is employed. In this research work, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented straight CNTs. The 2-D generalized differential quadrature method (GDQM) as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the equations of motion and to implement the various boundary conditions. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The benefit of using the considered power-law distribution is to illustrate and present useful results arising from symmetric and asymmetric profiles. The effects of two-parameter elastic foundation modulus, geometrical and material parameters together with the boundary conditions on the frequency parameters of the laminated FG nanocomposite plates are investigated. It is shown that the natural frequencies of structure are seriously affected by the influence of CNTs agglomeration. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods or two-dimensional theories used to analysis of laminated plates.
Kim, Young-Sik;Lim, Hyun-Kwon;Sohn, Young-Il;Yoo, Young-Ran;Chang, Hyun-Young
Korean Journal of Metals and Materials
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v.48
no.6
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pp.514-522
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2010
Graphite epoxy composite material (GECM) shows high specific strength and its application in the aerospace industry is gradually increasing. However, its application would induce galvanic corrosion between GECM and metallic materials. This work focused on the effects of anodizing and thermal oxidation on galvanic corrosion in a 3.5% NaCl solution between GECM and aluminium and titanium. In the case of anodized aluminium, galvanic corrosion resistance to the GECM was greatly improved by the anodizing treatment regardless of area ratio. In the case of anodized titanium, the anodizing by a formation voltage of 50V increased corrosion resistance of titanium in galvanic tests. Thermal oxidation of titanium also improved corrosion resistance of Ti to GECM.
The main purpose of this study was to evaluate the endurance against Al alloy melts and wear resistance of an in-situ synthesized titanium matrix composite (TMC) sleeve for aluminum alloy die-casting. The conventional die-casting shot sleeve material was STD61 tool steel. TMCs have great thermal stability, wear and oxidation resistance. The in-situ reaction between Ti and $B_4C$ leads to two kinds of thermodynamically stable reinforcements, such as TiBw and TiCp. To evaluate the feasibility of the application to a TMCs diecasting shot sleeve, the interfacial reaction behavior was examined between Al alloys melts with TMCs and STD61 tool steel. The pin-on-disk type dry sliding wear test was also investigated for TMCs and STD61 tool steel.
The purpose of this paper is to review the state of laser processing technology using metal powders. In recent years, a series of research and development efforts have been undertaken worldwide to develop laser processing technologies to fabricate metal-based parts. Layered manufacturing by the laser melting process is gaining ground for use in manufacturing rapid prototypes (RP), tools (RT) and functional end products. Selective laser sintering / melting (SLS/SLM) is one of the most rapidly growing rapid prototyping techniques. This is mainly due to the processes's suitability for almost any materials, including polymers, metals, ceramics and many types of composites. The interaction between the laser beam and the powder material used in the laser melting process is one of the dominant phenomena defining feasibility and quality. In the case of SLS, the powder is not fully melted during laser scanning, therefore the SLS-processed parts are not fully dense and have relatively low strength. To overcome this disadvantage, SLM and laser cladding (LC) processes have been used to enable full melting of the powder. Further studies on the laser processing technology will be continued due to the many potential applications that the technology offers.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.804-809
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2008
In this study, the cooling performance of a C/C composite material structure with metallic cooling tubes fixed by elastic force without chemical bonding was evaluated experimentally using combustion gas in a rocket combustor. The C/C composite chamber was covered by a stainless steel outer shell to maintain its airtightness. Gaseous hydrogen as a fuel and gaseous oxygen as an oxidizer were used for the heating test. The surface of these C/C composites was maintained below 1500 K when the combustion gas temperature was about 2900 K and heat flux to the combustion chamber wall was about 9 $MW/m^2$. No thermal damage was observed on the stainless steel tubes which were in contact with the C/C composite materials. Results of the heating test showed that such a metallic-tube-cooled C/C composite structure is able to control the surface temperature as a cooling structure(also as a heat exchanger), as well as indicating the possibility of reducing the amount of the coolant even if the thermal load to the engine is high. Thus, application of the metallic-tube-cooled C/C composite structure to reusable engines such as a rocket-ramjet combined cycle engine is expected.
The Finite Element Analysis (FEA) is evidently a powerful tool for the analysis of structural concrete having nonlinearity and brittle failure properties. However, the result of FEA of structural concrete is sensitive to two modeling factors: the shear transfer coefficient (STC) for an open concrete crack and force convergence tolerance value (CONVTOL). Very limited work has been done to find the optimal FE Modeling (FEM) methodologies for structural concrete members strengthened with externally bonded FRP sheets. A total of 22 experimental deep beams with or without FRP flexure or/and shear strengthening systems are analyzed by nonlinear FEA using ANAYS program. For each experimental beams, an FE model with a total of 16 cases of modeling factor combinations are developed and analyzed to find the optimal FEM methodology. Two elements the SHELL63 and SOLID46 representing the material properties of FRP laminate are investigated and compared. The results of this research suggest that the optimal combination of modeling factor is STC of 0.25 and CONVTOL of 0.2. A SOLID 46 element representing the FRP strengthening system leads to better results than a SHELL 63 element does.
Pollock, Gerry D.;Zak, Adam R.;Hilton, Harry H.;Ahmad, M. Fouad
Structural Engineering and Mechanics
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v.3
no.1
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pp.91-103
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1995
An analysis to determine shear centers for anisotropic elastic thin-walled composite beams, cantilevered and loaded transversely at the free end is presented. The shear center is formulated based on familiar strength of material procedures analogous to those for isotropic beams. These procedures call for a balancing of torsional moments on the cross sectional surface and lead to a condition of zero resultant torsional couple. As a consequence, due the presence of anisotropic coupling, certain non-classical effects are manifested and are illustrated in two example problems. The most distinguishing result is that twisting may occur for composite beams even if shear forces are applied at the shear center. The derived shear center locations do not depend on any specific anisotropic bending theories per se, but only on the values of bending and shear stresses which such theories produce.
Arani, Ali Ghorbanpour;Haghparast, Elham;Zarei, Hassan Baba Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.105-126
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2016
In the present study, modelling and vibration control of axially moving laminated Carbon nanotubes/fiber/polymer composite (CNTFPC) plate under initial tension are investigated. Orthotropic visco-Pasternak foundation is developed to consider the influences of orthotropy angle, damping coefficient, normal and shear modulus. The governing equations of the laminated CNTFPC plates are derived based on new form of first-order shear deformation plate theory (FSDT) which is simpler than the conventional one due to reducing the number of unknowns and governing equations, and significantly, it does not require a shear correction factor. Halpin-Tsai model is utilized to evaluate the material properties of two-phase composite consist of uniformly distributed and randomly oriented CNTs through the epoxy resin matrix. Afterwards, the structural properties of CNT reinforced polymer matrix which is assumed as a new matrix and then reinforced with E-Glass fiber are calculated by fiber micromechanics approach. Employing Hamilton's principle, the equations of motion are obtained and solved by Hybrid analytical numerical method. Results indicate that the critical speed of moving laminated CNTFPC plate can be improved by adding appropriate values of CNTs. These findings can be used in design and manufacturing of marine vessels and aircrafts.
Daskiran, Esma Gizem;Daskiran, Mehmet M.;Gencoglu, Mustafa
Computers and Concrete
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v.18
no.2
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pp.279-295
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2016
A new innovative composite material is textile reinforced cementitious composite (TRCC). To achieve high flexural performance researchers suggest polymer modification of TRCC matrices. In this study, nine ready mix repair mortars commonly used in construction industry and the production of TRCC elements were examined. Mechanical properties such as compressive and flexural strength, drying shrinkage were studied. Being a significant durability concern, alkali silica reaction tests were performed according to related standards. Results showed that, some ready repair mortar mixes are potentially reactive due to the alkali silica reaction. Two of the ready mortar mixes labelled as non-shrinkage in their technical data sheets showed the highest shrinkage. In this experiment, researchers designed new matrices. These matrices were fine grained concretes modified with polymer additives; latexes and redispersible powders. Two latexes and six redispersible powder polymers were used in the study. Mechanical properties of fine grained concretes such as compressive and flexural strengths were determined. Results showed that some of the fine grained concretes cast with redispersible powders had higher flexural strength than ready mix repair mortars at 28 days. Matrix composition has to be designed for a suitable consistency for planned production processes of TRCC and mechanical properties for load-carrying capacity.
Mechanical systems with rubber parts have been used widely in industry fields. The evaluation of the physical characteristics of rubber is important in rubber application. Rubber material is useful to machine component for excellent shock absorbing characteristics. The impact characteristics of rubber were examined by experimental and finite element method. The impact test was conducted with a free-drop type impact tester. The ABAQUS/Explicit was used for finite element analysis. In the finite element analysis, elastic modulus of rubber using impact force was used as dynamic modulus, which are measured and predicted with dynamic property test and WLF model. The analysis result was coincided with the experimental results.
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