The current research deals with, stability/instability and cylindrical composite nano-scaled shell's resonance frequency filled by graphene nanoplatelets (GPLs) under various thermal conditions (linear and nonlinear thermal loadings). The piece-wise GPL-reinforced composites' material properties change through the orientation of cylindrical nano-sized shell's thickness as the temperature changes. Moreover, in order to model all layers' efficient material properties, nanomechanical model of Halpin-Tsai has been applied. A functionally modified couple stress model (FMCS) has been employed to simulate GPLRC nano-sized shell's size dependency. It is firstly investigated that reaching the relative frequency's percentage to 30% would lead to thermal buckling. The current study's originality is in considering the multifarious influences of GPLRC and thermal loading along with FMCS on GPLRC nano-scaled shell's resonance frequencies, relative frequency, dynamic deflection, and thermal buckling. Furthermore, Hamilton's principle is applied to achieve boundary conditions (BCs) and governing motion equations, while the mentioned equations are solved using an analytical approach. The outcomes reveal that a range of distributions in temperature and other mechanical and configurational characteristics have an essential contribution in GPLRC cylindrical nano-scaled shell's relative frequency change, resonance frequency, stability/instability, and dynamic deflection. The current study's outcomes are practical assumptions for materials science designing, nano-mechanical, and micromechanical systems such as micro-sized sensors and actuators.
Ebrahimi, Tayebeh;Nejad, Mohammad Zamani;Jahankohan, Hamid;Hadi, Amin
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.189-211
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2021
An analytical solution is presented to analyze the thermoelastoplastic response of a rotating thick-walled cylindrical pressure vessel made of functionally graded material (FGM). The analysis is based on Tresca's yield condition, its associated flow rule and linear strain hardening material behaviour. The uncoupled theory of thermoelasticity is used, and the plane strain condition is assumed. The material properties except for Poisson's ratio, are assumed to vary nonlinearly in the radial direction. Elastic, partially plastic, fully plastic, and residual stress states are investigated. The heat conduction equation for the one-dimensional problem in cylindrical coordinates is used to obtain temperature distribution in the vessel. It is assumed that the inner surface is exposed to an airstream and that the outer surface is exposed to a uniform heat flux. Tresca's yield criterion and its associated flow rule are used to formulate six different plastic regions for a linearly hardening condition. All these stages are studied in detail. It is shown that the thermoelastoplastic stress response of a rotating FGM pressure vessel is affected significantly by the nonhomogeneity of the material and temperature gradient. The results are validated with those of other researchers for appropriate values of the system parameters and excellent agreement is observed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.69-72
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2004
A new three-node triangular shell element based on higher order zig-zag theory is developed for laminated composite shells with multiple delaminations. The present higher order zig-zag shell theory is described in a general curvilinear coordinate system and in general tensor notation. All the complicated curvatures of surface including twisting curvatures can be described in an exact manner in the present shell element because this element is based on geometrically exact surface representation. The displacement field of the proposed finite element includes slope of deflection, which requires continuity between element interfaces. Thus the nonconforming shape function of Specht's three-node triangular plate bending element is employed to interpolate out-of-plane displacement. The present element passes the bending and twisting patch tests in flat surface configurations. The developed element is evaluated through the eigenvalue problems of composite cylindrical shells with multiple delaminations. Through the numerical examples it is demonstrated that the proposed shell element is efficient because it has minimal degrees of freedom per node. The present shell element should serve as a powerful tool in the prediction of natural frequency and modes of multi-layered thick laminated shell structures with arbitrary-shaped multiple delaminations.
In this paper, the behavior of woven E-glass fabric composite laminate was experimentally investigated under quasi-static indentation and high velocity impact by flat-ended, hemispherical, conical (cone angle of $37^{\circ}$ and $90^{\circ}$) and ogival (CRH of 1.5 and 2.5) cylindrical perforators. Moreover, the results are compared in order to explore the possibility of extending quasi-static indentation test results to high velocity impact test results in different characteristics such as perforation mechanisms, performance of perforators, energy absorption, friction force, etc. The effects of perforator nose shape, nose length and nose-shank connection shapes were investigated. The results showed that the quasi-static indentation test has a great ability to predict the high velocity impact behavior of the composite laminates especially in several characteristics such as perforation mechanisms, perforator performance. In both experiments, the highest performance occurs for 2.5 CRH projectile and the lowest is related to blunt projectiles. The results show that sharp perforators indicate lower values of dynamic enhancement factor and the flat-ended perforator represents the maximum dynamic enhancement factor among other perforators. Moreover, damage propagation far more occurred in high velocity impact tests then quasi-static tests. The highest damage area is mostly observed in ballistic limit of each projectile which projectile deviation strongly increases this area.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.948-949
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2006
An infiltration technique using W-Cu composite powder has been developed to enhance microstructural uniformity of W-Cu pseudo-alloy. W-Cu composite powder, manufactured by reduction from $WO_3$ and CuO powder mixtures, were blended with W powder and then cold iso-statically pressed into a cylindrical bar under 150 MPa. The pressed samples were pre-sintered at $1300^{\circ}C$ for 1 hour under hydrogen to make a skeleton structure. This skeleton structure was more homogeneous than that formed by using W and Cu powder mixtures. The skeleton structures were infiltrated with Cu under hydrogen atmosphere. The infiltrated W-Cu pseudo-alloy showed homogeneous microstructure without Cu rich region
The dynamic behavior of the deployment and folding process of a foldable boom based on the Miura origami pattern is investigated in this paper. Firstly, mechanical behavior of a single storey during the motion is studied numerically. Then the deployment and folding of a multi-storey boom is discussed. Moreover, the influence of the geometry parameters and the number of Miura-ori elements n on the dynamic behavior of the boom is also studied. Finally, the influence of the imperfection on the dynamic behavior is investigated. The results show that the angles between the diagonal folds and horizontal folds will have great effect on the strains during the motion. A bistable configuration can be obtained by choosing proper fold angles for a given multi-storey boom. The influence of the imperfection on the folding behavior of the foldable mast is significant.
In the present paper an analytical model was developed to study the non-linear vibrations of Functionally Graded Carbon Nanotube (FG-CNT) reinforced doubly-curved shallow shells using the Multiple Scales Method (MSM). The nonlinear partial differential equations of motion are based on the FGM shallow shell hypothesis, the non-linear geometric Von-Karman relationships, and the Galerkin method to reduce the partial differential equations associated with simply supported boundary conditions. The novelty of the present model is the simultaneous prediction of the natural frequencies and their mode shapes versus different curvatures (cylindrical, spherical, conical, and plate) and the different types of FG-CNTs. In addition to combining the vibration analysis with optimization algorithms based on the genetic algorithm, a design optimization methode was developed to maximize the natural frequencies. By considering the expression of the non-dimensional frequency as an objective optimization function, a genetic algorithm program was developed by valuing the mechanical properties, the geometric properties and the FG-CNT configuration of shallow double curvature shells. The results obtained show that the curvature, the volume fraction and the types of NTC distribution have considerable effects on the variation of the Dimensionless Fundamental Linear Frequency (DFLF). The frequency response of the shallow shells of the FG-CNTRC showed two types of nonlinear hardening and softening which are strongly influenced by the change in the fundamental vibration mode. In GA optimization, the mechanical properties and geometric properties in the transverse direction, the volume fraction, and types of distribution of CNTs have a considerable effect on the fundamental frequencies of shallow double-curvature shells. Where the difference between optimized and not optimized DFLF can reach 13.26%.
A superhydrophobic mesh is a unique structure that blocks water, while allowing gases, sound waves, and energy to pass through the holes in the mesh. This mesh is used in various devices, such as gas- and energy-permeable waterproof membranes for underwater sensors and electronic devices. However, it is difficult to fabricate micro- and nano-structures on three-dimensional surfaces, such as the cylindrical surface of a wire mesh. In this research, we successfully produced a superhydrophobic water-repellent mesh with a high contact angle (> $150^{\circ}$) for nanofibrous structures. Conducting polymer (CP) composite nanofibers were evenly coated on a stainless steel mesh surface, to create a superhydrophobic mesh with a pore size of $100{\mu}m$. The nanofiber structure could be controlled by the deposition time. As the deposition time increased, a high-density, hierarchical nanofiber structure was deposited on the mesh. The mesh surface was then coated with Teflon, to reduce the surface energy. The fabricated mesh had a static water contact angle of $163^{\circ}$, and a water-pressure resistance of 1.92 kPa.
Hao-Xuan Ding;Yi-Wen Zhang;Yin-Ping Li;Gui-Lin She
Steel and Composite Structures
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v.49
no.3
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pp.281-291
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2023
Due to the fact that the nonlinear low-velocity impact response of graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMF) doubly curved shells have not been investigated in the existing works, this paper aims to solve this issue. Using Reddy's high-order shear deformation theory (HSDT), the nonlinear governing equations of GPLRMF doubly curved shells are obtained by Euler-Lagrange method, discretized by Galerkin principle, and solved by the fourth-order Runge-Kutta method to obtain the impact force and central deflection. The nonlinear Hertz contact law is applied to determine the contact force. Finally, the impacts of graphene platelets (GPLs) distribution pattern, porosity distribution form, porosity coefficient, damping coefficient, impact parameters (radius and initial velocity), GPLs weight fraction, pre-stressing force and different shell types on the low-velocity impact curves are analyzed. It can be found that, among the four shell structures, the impact resistance of spherical shell is the best, while that of cylindrical shell is the worst.
The structural behaviors of cylindrical barns as a specific engineering structure have been considered as a complicated computing process. The structure design against the earthquake load, to protect by using the code, is an urgency avoiding unexpected damages. The situation has been subjected to the applied design method if there would be no failure across the construction procedures. The purpose of the current study is to clarify the behaviors of cylindrical reinforced concrete barns through the analytic methods across the mass and Lagrangian approaches through the whole outcomes comparison indicating that the isoparametric element obtained from the Lagrangian approach has been successfully applied in the barns earthquake analysis when the slosh effects have been discarded. The form of stress distributions is equal with $s_z$ closed distributions to one another.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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