In this study, free vibration of functionally graded (FG) micro/nanobeams based on nonlocal third-order shear deformation theory and under different boundary conditions is investigated by applying the differential quadrature method. Third-order shear deformation theory can consider the both small-scale effects and quadratic variation of shear strain and hence shear stress along the FG nanobeam thickness. The governing equations are obtained by using the Hamilton's principle, based on third-order shear deformation beam theory. The differential quadrature (DQ) method is used to discretize the model and attain the natural frequencies and mode shapes. The properties of FG micro/nanobeam are assumed to be chanfged along the thickness direction based on the simple power law distribution. The effects of various parameters such as the nonlocal parameter, gradient index, boundary conditions and mode number on the vibration characteristics of FG micro/nanobeams are discussed in detail.
Functionally graded steels (FGSs) are a family of functionally graded materials (FGMs) consisting of ferrite (${\alpha}$), austenite (${\gamma}$), bainite (${\beta}$) and martensite (M) phases placed on each other in different configurations and produced via electroslag remelting (ESR). In this research, the flow stress of dual layer austenitic-martensitic functionally graded steels under hot deformation loading has been modeled considering the constitutive equations which describe the continuous effect of temperature and strain rate on the flow stress. The mechanism-based strain gradient plasticity theory is used here to determine the position of each layer considering the relationship between the hardness of the layer and the composite dislocation density profile. Then, the released energy of each layer under a specified loading condition (temperature and strain rate) is related to the dislocation density utilizing the mechanism-based strain gradient plasticity theory. The flow stress of the considered FGS is obtained by using the appropriate coefficients in the constitutive equations of each layer. Finally, the theoretical model is compared with the experimental results measured in the temperature range $1000-1200^{\circ}C$ and strain rate 0.01-1 s-1 and a sound agreement is found.
Cheon, S.;Yu, J.;Kim, J.G.;Oh, J.S.;Nam, T.H.;Lee, T.
Transactions of Materials Processing
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v.31
no.4
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pp.173-178
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2022
The present study employed two different machine-learning approaches, the extreme gradient boosting (XGB) and light gradient boosting machine (LGBM), to predict a compressive deformation behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V. Such approaches have rarely been verified in the field of metallurgy in contrast to artificial neural network and its variants. XGB and LGBM provided a good prediction for elongation to failure under an extrapolated condition of processing parameters. The predicting accuracy of these methods was better than that of response surface method. Furthermore, XGB and LGBM with optimum hyperparameters well predicted a deformation behavior of Ti-6Al-4V additively manufactured under the extrapolated condition. Although the predicting capability of two methods was comparable, LGBM was superior to XGB in light of six-fold higher rate of machine learning. It is also noted this work has verified the LGBM approach in solving the metallurgical problem for the first time.
The design of the Metal mold casting should consider several variables such as the material properties and shape of the mold. In particular, the thermal stress generated by the thermal expansion and contraction depending on the thermal gradient of the mold causes partial plastic deformation on the mold, which causes damage or fracture of the cast. Consequently, the thermal deformation along with thermal stress leads to thermal deformation of the cast itself. In this study, the temperature analysis of the cast and mold is simulated by FDM to control the thermal deformation and stress as a result of the thermal gradient of mold. Using the results from FDM simulation, the thermal deformation and stress are analyzed by FEM and, the optimal mold design with minimum thermal deformation of the cast is suggested.
Free vibration analysis of a three-layered microbeam including an elastic micro-core and two piezo-magnetic face-sheets resting on Pasternak's foundation are studied in this paper. Strain gradient theory is used for size-dependent modeling of microbeam. In addition, three-unknown shear and normal deformations theory is employed for description of displacement field. Hamilton's principle is used for derivation of the governing equations of motion in electro-magneto-mechanical loads. Three micro-length-scale parameters based on strain gradient theory are employed for prediction of vibrational characteristics of structure in micro-scale. The results show that increase of three micro-length-scale parameters leads to significant increase of three natural frequencies especially for increase of second micro-length-scale parameter. This result is according to this fact that stiffness of a micro-scale structure is increased with increase of micro-length-scale parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.1
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pp.47-53
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2001
As the technology has developed and new materials have been produced, it is important to measure the thermal diffusivity of material and to predict the heat transfer in the solid subject to thermal processes. This measurement can be done in a non-contact way using photothermal displacenent spectroscopy. In this study, photothermal displacement method was used to measure the thermal diffusivity quantitatively. The specimens used in this study were the pure materials. The Ar-ion laser was used as an energy source and the periodical deformation induced by this pump laser was detected by the He-Ne laser. The magnitude and the phase angle of deformation gradient were measured. The thermal diffusivity was obtained by analyzing the phase angle of deformation gradient. As the result, comparing with the literature value, the thermal diffusivities of materials measured were showed about 2% error.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.10
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pp.896-901
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2015
The skin-frame type structure is designed to investigate the thermal deformation of the wing skin induced by the temperature gradient. In order to effectively simulate the temperature gradient on the wing specimen, a water cooling system is devised on the frame of the specimen. Out of surface skin deformation of the skin-frame type structure made of SUS304 material with respect to the temperature is successfully measured using the digital image correlation (DIC) technique including quantitative evaluation of the measurement uncertainty.
A high-order nonlocal strain gradient model is developed for wave propagation analysis of porous FG nanoplates resting on a gradient hybrid foundation in thermal environment, for the first time. Material properties are assumed to be temperature-dependent and graded in the nanoplate thickness direction. To consider the thermal effects, uniform, linear, nonlinear, exponential, and sinusoidal temperature distributions are considered for temperature-dependent FG material properties. On the basis of the refined-higher order shear deformation plate theory (R-HSDT) in conjunction with the bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory (B-H NSGT), Hamilton's principle is used to derive the equations of wave motion. Then the dispersion relation between frequency and wave number is solved analytically. The influences of various parameters (such as temperature rise, volume fraction index, porosity volume fraction, lower and higher order nonlocal parameters, material characteristic parameter, foundations components, and wave number) on the wave propagation behaviors of porous FG nanoplates are investigated in detail.
The main goal of this article is to develop the finite element formulation based on the nonlocal strain gradient and the refined higher-order deformation theory employing a new function f(z) to investigate the static bending and free vibration of functionally graded porous (FGP) nanobeams. The proposed model considers the simultaneous effects of two parameters: nonlocal and strain gradient coefficients. The nanobeam is made by FGP material that exists in un-even and logarithmic-uneven distribution. The governing equation of the nanobeam is established based on Hamilton's principle. The authors use a 2-node beam element, each node with 8 degrees of freedom (DOFs) approximated by the C1 and C2 continuous Hermit functions to obtain the elemental stiffness matrix and mass matrix. The accuracy of the proposed model is tested by comparison with the results of reputable published works. From here, the influences of the parameters: nonlocal elasticity, strain gradient, porosity, and boundary conditions are studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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