The size-dependent nonlinear thermomechanical vibration analysis of pre- and post-buckled tapered two-directional functionally graded (2D-FG) microbeams is presented in this study. In the context of the modified couple stress theory, the formulations are derived based on the parabolic shear deformation beam theory and von Karman nonlinear strains. Different thermomechanical material properties are assumed to be temperature-dependent and smoothly vary in both length and thickness directions using the power law and the physical neutral axis concept is employed. The nonlinear governing equations are derived using the Hamilton principle and the resulting variable coefficient equations of motion are solved using the differential quadrature method (DQM) and iterative Newton's method for clamped-clamped and simply supported boundary conditions. Comparison studies are presented to validate the derived model and solution procedure. The impacts of induced thermal moments, temperature power index, two gradient indices, nonuniform cross-section, and microstructure length scale parameter on the frequency-temperature configurations are explored for both clamped and simply supported microbeams.
This study investigates the wave propagation in porous functionally graded (FG) sandwich plates subjected to hygrothermal environments. A new simple three-unknown first-ordershear deformation theory (FSDT) incorporating an integral term is utilized in this paper. Only three unknowns are used to formulate the governing differential equation by applying the Hamilton principle. The FG layer of the sandwich plate is modeled using the power-law function with evenly distributed porosities to represent the defects of the manufacturing process. The plate is subjected to nonlinear hygrothermal changes across the thickness. The effects of the power-law exponent, core to thickness ratios, porosity volume, and the relations between volume fraction and wave properties of porous FG plate under the hygrothermal environment are investigated. The results showed that the waves' phase velocities increase linearly with the waves number in the FGM plate. The porosity of the FG materials plate has a noticeable impact on the phase velocity when considering the high ratios of the core layer. It has a negligible effect on small core layers. Finally, it is observed that changing temperatures and moistures do not influence the relationship between the power law and the phase velocity.
The free and forced nonlinear dynamic behaviors of Porous Functionally Graded Material (PFGM) plates are examined by means of a High-Order Implicit Algorithm (HOIA). The formulation is developed using the Third-order Shear Deformation Theory (TSDT). Unlike previous works, the formulation is written without resorting to any homogenization technique neither rule of mixture nor considering FGM as a laminated composite, and the distribution of the porosity is assumed to be gradually variable through the thickness of the PFGM plates. Using the Hamilton principle, we establish the governing equations of motion. The Finite Element Method (FEM) is used to compute approximations of the resulting equations; FEM is adopted using a four-node quadrilateral finite element with seven Degrees Of Freedom (DOF) per node. Nonlinear equations are solved by a HOIA. The accuracy and the performance of the proposed approach are verified by presenting comparisons with literature results for vibration natural frequencies and dynamic response of PFGM plates under external loading. The influences of porosity volume fraction, porosity distribution, slenderness ratio and other parameters on the vibrations of PFGM plate are explored. The results demonstrate the significant impact of different physical and geometrical parameters on the vibration behavior of the PFGM plate.
After the mainshock, whether the train can be allowed to pass the bridges plays an important role in ensuring the transport of supplies and rescue works for example, in the "12 May" earthquake in China, after evaluation, the bridge was still used for transportation in rescue at a very slow speed, engineers usually evaluate whether the train can pass the bridge safely based on the experience, lacks sufficient calculation basis and does not fully consider the risk caused by aftershocks. To address this issue, this paper comprehensively considers the randomness of track irregularity, the randomness of aftershock intensity and other multiple random sources in train-bridge interaction system (TBIS). The sensitivity of train to various random parameters after earthquake is analyzed from the perspective of probability, the most sensitive random variable in this paper is PGA of aftershocks, both for bridge and trailer car, With the increase of epicentral distance, the sensitivity of PGA will decrease, and correspondingly, for trailer car, the sensitivity of other random variables will increase, research in this paper provides a basis for the subsequent random analysis of post-earthquake driving safety.
Purpose: To observe the high temperature creep test and the fracture surface of the samples of 9% Ni alloy steel generally used for all kinds of mahine parts and predict the durability of that by determining a constant of C with a Larson-Miller variable. Methods: The equipment of this test was made into lever-beam style designed by Andrade and F. Garofalo et al.. The condition of creep test was set under 16 kinds of conditions after fixing 4 kinds of temperature condition and 4 kinds of stress condition to check how it effects the samples. Results: The temperature of creep test was increased, the stress index (n) of creep deformation was gradually decreased from 3.97 to 3.55. The activation energy of creep deformation was decreased from 90.39 to 83.64 kcal/mol when the stress was increased. A constant of C value by calculation of larson-Miller variable was about 22 and if temperature for use is suggested, the durability could be calculated. Conclusions: By analyzing the fracture phenomenon and suggesting the observation result of the fracture surface of the samples and creep test of 9% Ni alloy steel, the basic design data for the practical use of accessories in the field of equipment could be constructed and used to predict the durability of the equipment.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.6
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pp.141-146
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2016
Geotechnial engineering projects that requires excavation activity can cause massive ground deformation and this can damage adjacent structures. Depending on the engineering characteristics of ground material and the excavation depth, the ground movement is various. To overcome this issue, the ground deformation is monitored by multiple sensors. Typically, an inclinometer is installed behind the support wall. In this paper, we present an adaptive duty-cycling control mechanism using wireless sensors for monitoring ground deformation in excavations. The proposed mechanism dynamically adjusts the sleep time based on the urgency degree of sensed data from inclinometer. Through analytical evaluation of expected latency time, we confirm our adaptive duty-cycling mechanism has lower latency compared with periodic duty-cycling mechanism under variable conditions.
Free vibration of cross-ply laminated plates using a higher-order shear deformation theory is studied. The arbitrary number of layers is oriented in symmetric and anti-symmetric manners. The plate kinematics are based on higher-order shear deformation theory (HSDT) and the vibrational behaviour of multi-layered plates are analysed under simply supported boundary conditions. The differential equations are obtained in terms of displacement and rotational functions by substituting the stress-strain relations and strain-displacement relations in the governing equations and separable method is adopted for these functions to get a set of ordinary differential equations in term of single variable, which are coupled. These displacement and rotational functions are approximated using cubic and quantic splines which results in to the system of algebraic equations with unknown spline coefficients. Incurring the boundary conditions with the algebraic equations, a generalized eigen value problem is obtained. This eigen value problem is solved numerically to find the eigen frequency parameter and associated eigenvectors which are the spline coefficients.The material properties of Kevlar-49/epoxy, Graphite/Epoxy and E-glass epoxy are used to show the parametric effects of the plates aspect ratio, side-to-thickness ratio, stacking sequence, number of lamina and ply orientations on the frequency parameter of the plate. The current results are verified with those results obtained in the previous work and the new results are presented in tables and graphs.
Wave field changes resulting from artificial coastal structures constructed in coastal zones have emerged as a major cause of beach erosion, among other factors. The rates of erosion along the eastern coast of Korea have varied mainly owing to the construction of various ports and coastal structures; however, impact assessments of these structures on beach erosion have not been appropriately conducted. Thus, in this study, a methodology to assess the impact of erosion owing to the construction of artificial structures has been proposed, for which a parabolic bay shape equation is used in determining the shoreline angle deformation caused by the structures. Assuming that the conditions of sediment or waves have similar values in most coastal areas, a primary variable impacting coastal sediment transport is the deformation of an equilibrium shoreline relative to the existing beach. Therefore, the angle rotation deforming the equilibrium of a shoreline can be the criterion for evaluating beach erosion incurred through the construction of artificial structures. The evaluation criteria are classified into three levels: safety, caution, and danger. If the angle rotation of the equilibrium shoreline is 0.1° or less, the beach distance was considered to be safe in the present study; however, if this angle is 0.35° or higher, the beach distance is considered to be in a state of danger. Furthermore, in this study, the distance affected by beach erosion is calculated in areas of the eastern coast where artificial structures, mainly including ports and power plants, were constructed; thereafter, an impact assessment of the beach erosion around these areas was conducted. Using a proposed methodology, Gungchon Port was evaluated with caution, whereas Donghae Port, Sokcho Port, and Samcheok LNG were evaluated as being in a state of danger.
Ali Alnujaie;Ahmed A. Daikh;Mofareh H. Ghazwani;Amr E. Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.181-195
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2024
This study introduces a novel functionally graded material model, termed the "Coated Functionally Graded Graphene-Reinforced Composite (FG GRC)" model, for investigating the free vibration response of plates, highlighting its potential to advance the understanding and application of material property variations in structural engineering. Two types of coated FG GRC plates are examined: Hardcore and Softcore, and five distribution patterns are proposed, namely FG-A, FG-B, FG-C, FG-D, and FG-E. A modified displacement field is proposed based on the higher-order shear deformation theory, effectively reducing the number of variables from five to four while accurately accounting for shear deformation effects. To solve the equations of motion, an analytical solution based on the Galerkin approach was developed for FG GRC plates resting on a viscoelastic Winkler/Pasternak foundation, applicable to various boundary conditions. A comprehensive parametric analysis elucidates the impact of multiple factors on the fundamental frequencies. These factors encompass the types and distribution patterns of the coated FG GRC plates, gradient material distribution, porosities, nonlocal length scale parameter, gradient material scale parameter, nanoplate geometry, and variations in the elastic foundation. Our theoretical research aims to overcome the inherent challenges in modeling structures, providing a robust alternative to experimental analyses of the mechanical behavior of complex structures.
S.H. Lee;D.J. Park;J.H. Song;C.H. Lee;J.M. Lee;T. Lee
Transactions of Materials Processing
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v.33
no.5
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pp.348-353
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2024
The S355NL steel has garnered attention as a structural material for applications in extremely challenging environments owing to its excellent mechanical properties. This study investigated the hot deformation behavior of S355NL steel through compression tests conducted in a temperature range of 900-1200℃ and a strain rate range of 10-3-1 s-1 to explore the optimal processing parameters. The flow behaviors consisted of an initial rapid increase and subsequent plateau with a marginal decrease in stress. This phenomenon was interpreted in terms of microstructural evolution, such as dislocation density and dynamic recrystallization. The efficiency of power dissipation and instability domains were derived using the dynamic material model based on the compression test dataset, providing a series of processing maps. In contrast to conventional processing maps plotted for a single strain value, this study has established ten maps at a strain interval of 0.1. This approach allowed for the consideration of continuously variable strain parameters, which is inherent to an actual metal-forming process. The efficiency of power dissipation was strongly governed by the high temperatures (≥ 1100℃). The strain rates barely affected the efficiency, but it primarily contributed to the instability domains. The application of high strain rates (≥ 10-1s-1) generated a region of negative instability due to the absence of dynamic recrystallization and the presence of cracks at grain boundaries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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