Shafiee, Ali A.;Daneshmand, Farhang;Askari, Ehsan;Mahzoon, Mojtaba
Structural Engineering and Mechanics
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v.50
no.1
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pp.53-71
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2014
A semi-analytical method is developed to consider free vibrations of a functionally graded elastic plate resting on Winkler elastic foundation and in contact with a quiescent fluid. Material properties are assumed to be graded distribution along the thickness direction according to a power-law in terms of the volume fractions of the constituents. The fluid is considered to be incompressible and inviscid. In the analysis, the effect of an in-plane force in the plate due to the weight of the fluid is taken into account. By satisfying the compatibility conditions along the interface of fluid and plate, the fluid-structure interaction is taken into account and natural frequencies and mode shapes of the coupled system are acquired by employing energy methods. The results obtained from the present approach are verified by those from a finite element analysis. Besides, the effects of volume fractions of functionally graded materials, Winkler foundation stiffness and in-plane forces on the dynamic of plate are elucidated.
Using a strain-controlled rheometer [Advanced Rheometric Expansion System (ARES)], the steady shear flow properties and the dynamic viscoelastic properties of $Antiphlamine-S^{(R)}$ lotion have been measured at $20^{\circ}C$ (storage temperature) and $37^{\circ}C$ (body temperature). In this article, the temperature dependence of the linear viscoelastic behavior was firstly reported from the experimental data obtained from a temperature-sweep test. The steady shear flow behavior was secondly reported and then the effect of shear rate on this behavior was discussed in detail. In addition, several inelastic-viscoplastic flow models including a yield stress parameter were employed to make a quantitative evaluation of the steady shear flow behavior, and then the applicability of these models was examined by calculating the various material parameters. The angular frequency dependence of the linear viscoelastic behavior was nextly explained and quantitatively predicted using a fractional derivative model. Finally, the strain amplitude dependence of the dynamic viscoelastic behavior was discussed in full to elucidate a nonlinear rheological behavior in large amplitude oscillatory shear flow fields. Main findings obtained from this study can be summarized as follows : (1) The linear viscoelastic behavior is almostly independent of temperature over a temperature range of $15{\sim}40^{circ}C$. (2) The steady shear viscosity is sharply decreased as an increase in shear rate, demonstrating a pronounced Non-Newtonian shear-thinning flow behavior. (3) The shear stress tends to approach a limiting constant value as a decrease in shear rate, exhibiting an existence of a yield stress. (4) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk and Heinz-Casson models are all applicable and have an equivalent validity to quantitatively describe the steady shear flow behavior of $Antiphlamine-S^{(R)}$ lotion whereas both the Bingham and Casson models do not give a good applicability. (5) In small amplitude oscillatory shear flow fields, the storage modulus is always greater than the loss modulus over an entire range of angular frequencies tested and both moduli show a slight dependence on angular frequency. This means that the linear viscoelastic behavior of $Antiphlamine-S^{(R)}$ lotion is dominated by an elastic nature rather than a viscous feature and that a gel-like structure is present in this system. (6) In large amplitude oscillatory shear flow fields, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior at strain amplitude range larger than 10 % while the loss modulus exhibits a weak strain-overshoot behavior up to a strain amplitude of 50 % beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (7) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0$>100 %), the loss modulus is found to be greater than the storage modulus, indicating that a viscous property becomes superior to an elastic character in large shear deformations.
In this paper, the thermal effect on buckling and free vibration characteristics of functionally graded (FG) size-dependent Timoshenko nanobeams subjected to an in-plane thermal loading are investigated by presenting a Navier type solution for the first time. Material properties of FG nanobeam are supposed to vary continuously along the thickness according to the power-law form and the material properties are assumed to be temperature-dependent. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal equations of motion are derived based on Timoshenko beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as thermal effect, material distribution profile, small scale effects, aspect ratio and mode number on the critical buckling temperature and normalized natural frequencies of the temperature-dependent FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the thermal buckling and vibration behaviour of a FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.
It is reported that semi-solid forming process takes many advantages over the conventional forming process, such as a long die life, good mechanical properties and energy saves. It is important to predict the deformation behavior for optimization of the forging process with semi-solid materials and to control liquid segregation for mechanical properties of materials. But rheology material has thixotropic, pseudo-plastic and shear-thinning characteristics. So, it is difficult for a numerical simulation of the rheology process to be performed because complicated processes such as the filling to include the state of the free surface and solidification in the phase transformation must be considered. General plastic or fluid dynamic analysis is not suitable for the analysis of the rheology material behavior. Recently, molecular dynamics is used for the behavior analysis of the rheology material and turned out to be suitable among several methods. In this study, molecular dynamics simulation was performed for the control of liquid segregation, forming velocity, and viscosity in compression experiment as a part of study on the analysis of rheology forming process.
In laser materials processing, localized heating, melting and evaporation caused by focused laser radiation forms a vapor on the material surface. The plume is generally an unstable entity, fluctuating according to its own dynamics. The beam is refracted and absorbed as it traverses the plume, thus modifying its power density on the surface of the condensed phases. This modifies material evaporation and optical properties of the plume. A laser-produced plasma plume simulation is completed using axisymmetric, high-temperature gas dynamic model including the laser radiation power absorption, refraction, and reflection. The physical properties and velocity profiles are verified using the published experimental and numerical results. The simulation results provide the effect of plasma plume fluctuations on the laser power density and quantitative beam radius changes on the material surface. It is proved that beam absorption, reflection and defocusing effects through the plume are essential to obtain appropriate mathematical simulation results. It is also found that absorption of the beam in the plume has much less direct effect on the beam power density at the material surface than defocusing does and helium gas is more efficient in reducing the beam refraction and absorption effect compared to argon gas for common laser materials processing.
Kim, Jong-Ho;Won, Si-Tae;Maeng, Huee-Young;Park, Yeong-Il
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.7
no.2
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pp.74-84
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1990
The machine tool structures for ultra-precision machining muxt be manufactured with materials which have high static and dynamic stiffness, high damping, a long term dimensional and thermal stability. This study aims at the development of new composite material Epoxy-Granite which exhibits the satisfactory characteristics as a material of ultra-precision mchine tool bed. The Epoxy-Granite testpieces that use epoxy resins as a binder and granite particles as a aggregate have been manufactured so as to examine the material properties about mechanical, thermal and damping characteristics. Experiments were carried out to obtain the proper manufacturing conditions of Expoxy-Granite specimens by varying the several testing conditions such as types of epoxy resins, particle sizes of granite and mixture ratio of epoxy resin and aggregate. Also, when Epoxy-Granite was compared with cast iron, GRANITAN which was imported from CMS of U.K. and granite materials, it has exhibited the superior or almost the same mechanical and damping properties and thermal conductivity, except for the thermal expansion.
Pulatsu, Bora;Bretas, Eduardo M.;Lourenco, Paulo B.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.4
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pp.563-582
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2016
The failure mechanism and maximum collapse load of masonry structures may change significantly under static and dynamic excitations depending on their internal arrangement and material properties. Hence, it is important to understand correctly the nonlinear behavior of masonry structures in order to adequately assess their safety and propose efficient strengthening measures, especially for historical constructions. The discrete element method (DEM) can play an important role in these studies. This paper discusses possible collapse mechanisms and provides a set of parametric analyses by considering the influence of material properties and cross section morphologies on the out of plane strength of masonry walls. Detailed modeling of masonry structures may affect their mechanical strength and displacement capacity. In particular, the structural behavior of stacked and rubble masonry walls, portal frames, simple combinations of masonry piers and arches, and a real structure is discussed using DEM. It is further demonstrated that this structural analysis tool allows obtaining excellent results in the description of the nonlinear behavior of masonry structures.
Cavdar, Ozlem;Bayraktar, Alemdar;Cavdar, Ahmet;Kartal, Murat Emre
Steel and Composite Structures
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v.9
no.6
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pp.499-518
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2009
The present paper investigates the stochastic seismic responses of steel structure systems with Partially Restrained (PR) connections by using Perturbation based Stochastic Finite Element (PSFEM) method. A stiffness matrix formulation of steel systems with PR connections and PSFEM and MCS formulations of structural systems are given. Based on the formulations, a computer program in FORTRAN language has been developed, and stochastic seismic analyses of steel frame and bridge systems have been performed for different types of connections. The connection parameters, material and geometrical properties are assumed to be random variables in the analyses. The Kocaeli earthquake occurred in 1999 is considered as a ground motion. The connection parameters, material and geometrical properties are considered to be random variables. The efficiency and accuracy of the proposed SFEM algorithm are validated by comparison with results of Monte Carlo simulation (MCS) method.
Kim, Sun-Gi;Kim, Gyeong-Hwan;Gwon, Byeong-Hwi;Kim, Jae-Hwan
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1988.05a
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pp.67-69
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1988
In this study, after changing the curing condition of hardner(DDM) and filler($SiO_2$) contents dielectric and dynamic mechanical properties were studied according to the variation of temperature. As the result we obtained a correlative $\alpha$-peak at 125-150[$^{\circ}C$] from dielectric and mechanical properties. With increasing curing condition and filler contents both dielectric and internal friction loss were, decreased, peak temperature shifted to high temperature, but there was no variation on peak temperature with filler contents. As the above result we knew the correspondence between dielectric and mechanical characteristics.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.81-82
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2006
The purposes of the present study are to produce a high thermal efficient of oil-based nanofluids which can be used as ultra-high voltage transformer oil, and to investigate their thermal and physical properties under static and dynamic conditions. Three kinds of nanofluids are prepared by dispersing $Al_2O_3$ or AlN nanoparticles in transformer oil. The thermal conductivities of the nanoparticles-oil mixtures increase with temperature, particle volume concentration and thermal conductivity of solid particle itself. It was quite important to eliminate $H_2O$ as byproducts of esterification and excess oleic acid which did not form stable chemical bonds with powder surface to get high dispersion stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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