This research is devoted to study the effects of humidity and temperature on the bending behavior of functionally graded (FG) ceramic-metal porous plates resting on Pasternak elastic foundation using a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory developed recently. The present plate theory with only four unknowns, takes into account both transverse shear and normal deformations and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the functionally graded plate without using shear correction factors. Material properties of porous FG plate are defined by rule of the mixture with an additional term of porosity in the through-thickness direction. The governing differential equations are obtained using the "principle of virtual work". Analytically, the Navier method is used to solve the equations that govern a simply supported FG porous plate. The obtained results are checked by comparing the results determined for the perfect and imperfect FG plates with those available in the scientific literature. Effects due to material index, porosity factors, moisture and thermal loads, foundation rigidities, geometric ratios on the FG porous plate are all examined. Finally, this research will help us to design advanced functionally graded materials to ensure better durability and efficiency for hygro-thermal environments.
Abdollahi, Mahdieh;Saidi, Ali Reza;Bahaadini, Reza
Structural Engineering and Mechanics
/
v.84
no.4
/
pp.437-452
/
2022
For the first time, the higher-order shear and normal deformable plate theory (HOSNDPT) is used for the vibration and flutter analyses of the multilayer functionally graded graphene platelets reinforced composite (FG-GPLRC) plates under supersonic airflow. For modeling the supersonic airflow, the linear piston theory is adopted. In HOSNDPT, Legendre polynomials are used to approximate the components of the displacement field in the thickness direction. So, all stress and strain components are encountered. Either uniform or three kinds of non-uniform distribution of graphene platelets (GPLs) into polymer matrix are considered. The Young modulus of the FG-GPLRC plate is estimated by the modified Halpin-Tsai model, while the Poisson ratio and mass density are determined by the rule of mixtures. The Hamilton's principle is used to obtain the governing equations of motion and the associated boundary conditions of the plate. For solving the plate's equations of motion, the Galerkin approach is applied. A comparison for the natural frequencies obtained based on the present investigation and those of three-dimensional elasticity theory shows a very good agreement. The flutter boundaries for FG-GPLRC plates based on HOSNDPT are described and the effects of GPL distribution patterns, the geometrical parameters and the weight fraction of GPLs on the flutter frequencies and flutter aerodynamic pressure of the plate are studied in detail. The obtained results show that by increasing 0.5% of GPLs into polymer matrix, the flutter aerodynamic pressure increases approximately 117%, 145%, 166% and 196% for FG-O, FG-A, UD and FG-X distribution patterns, respectively.
In this paper, a novel higher-order shear deformation theory (HSDT) is proposed for the analysis of the hygro-thermo-mechanical behavior of functionally graded (FG) plates resting on elastic foundations. The developed model uses a novel kinematic by considering undetermined integral terms and only four variables are used in this model. The governing equations are deduced based on the principle of virtual work and the number of unknown functions involved is reduced to only four, which is less than the first shear deformation theory (FSDT) and others HSDTs. The Navier-type exact solutions for static analysis of simply supported FG plates subjected to hygro-thermo-mechanical loads are presented. The accuracy and efficiency of the present model is validated by comparing it with various available solutions in the literature. The influences of material properties, temperature, moisture, plate aspect ratio, side-to-thickness ratios and elastic coefficients parameters on deflections and stresses of FG plates are also investigated.
This study aims to optimize the mechanical and electrical properties of electrically conductive polymer composites (CPCs) for use as a material of bipolar plates for PEM fuel cells. The thin CPCs consisting of conductive fillers and polymer resin were fabricated by a preform molding technique. Expanded graphite (EG), flake-type graphite (FG) and carbon fiber (CF) were used as conductive fillers. This study tested two types of CPCs, EG/FG filled CPCs and EG/CF filled CPCs, to optimize the material properties. First, the characteristics of EG/FG filled CPCs were investigated according to the FG ratio for 7 and $100{\mu}m$ sized FG. CPCs using $100{\mu}m$ FG showed optimal material properties at 60 wt% FG ratio, which were an electrical conductivity of 390 S/cm and flexural strength of 51 MPa. The particle size was an important parameter to change the mechanical and electrical behaviors. The flexural strength was sensitive to the particle size due to the different levels of densification. The electrical conductivity also showed size-dependent behavior because of the different contributions to the conductive network. Meanwhile, the material properties of EG/CF filled CPCs was also optimized according to the CF ratio, and the optimized electrical conductivity and flexural strength were 290 S/cm and 58 MPa, respectively. The electrical conductivity of this case decreased similarly to the EG/FG filled case. On the other hand, the behavior of the flexural strength was more complicated than the EG/FG filled case, and the reason was attributed to the interaction between the strengthening effect of CF and the deterioration of voids.
This paper aims to investigate the free vibration analysis of FG plates, taking into account the effects of even and uneven porosity. The study employs the Hellinger-Reisner functional and obtains the element's bending stress and membrane stress fields from the analytical solution of the governing equations of the thick plate and plane problem, respectively. The displacement field serves as the second independent field. While few articles on free vibration analysis of circular plates exist, this paper investigates the free vibration of both rectangular and circular plates. After validating the proposed element, the paper investigates the effects of porosity distributions on the natural frequency of the FG porous plate. The study calculates the natural frequency of thin and thick bending plates with different aspect ratios and support conditions for various porosity and volume fraction index values. The study uses three types of porosity distributions, X, V, and O, for the uneven porosity distribution case. For O and V porosity distribution modes, porosity has a minor effect on the natural frequency for both circular and rectangular plates. However, in the case of even porosity distribution or X porosity distribution, the effect of porosity on the natural frequency of circular and rectangular plates increases with an increase in the volume fraction index.
Besseghier, Abderrahmane;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Smart Structures and Systems
/
v.19
no.6
/
pp.601-614
/
2017
In this work, free vibration analysis of size-dependent functionally graded (FG) nanoplates resting on two-parameter elastic foundation is investigated based on a novel nonlocal refined trigonometric shear deformation theory for the first time. This theory includes undetermined integral variables and contains only four unknowns, with is even less than the conventional first shear deformation theory (FSDT). Mori-Tanaka model is employed to describe gradually distribution of material properties along the plate thickness. Size-dependency of nanosize FG plate is captured via the nonlocal elasticity theory of Eringen. By implementing Hamilton's principle the equations of motion are obtained for a refined four-variable shear deformation plate theory and then solved analytically. To show the accuracy of the present theory, our research results in specific cases are compared with available results in the literature and a good agreement will be demonstrated. Finally, the influence of various parameters such as nonlocal parameter, power law indexes, elastic foundation parameters, aspect ratio, and the thickness ratio on the non-dimensional frequency of rectangular FG nanoscale plates are presented and discussed in detail.
A weak-form formulation of finite annular prism methods (FAPM) based on Reissner's mixed variational theorem (RMVT), is developed for the quasi three-dimensional (3D) static analysis of two-directional functionally graded (FG) circular plates with various boundary conditions and under mechanical loads. The material properties of the circular plate are assumed to obey either a two-directional power-law distribution of the volume fractions of the constituents through the radial-thickness surface or an exponential function distribution varying doubly exponentially through it. These FAPM solutions of the loaded FG circular plates with both simply-supported and clamped edges are in excellent agreement with the solutions obtained using the 3D analytical approach and two-dimensional advanced plate theories available in the literature.
Hamzehkolaei, N. Safaeian;Malekzadeh, P.;Vaseghi, J.
Steel and Composite Structures
/
v.11
no.4
/
pp.341-358
/
2011
This paper presents the effects of thermal environment and temperature-dependence of the material properties on axisymmetric bending of functionally graded (FG) circular and annular plates. The material properties are assumed to be temperature-dependent and graded in the thickness direction. In order to accurately evaluate the effect of thermal environment, the initial thermal stresses are obtained by solving the thermoelastic equilibrium equations. Governing equations and the related boundary conditions, which include the effects of initial thermal stresses, are derived using the virtual work principle based on the elasticity theory. The differential quadrature method (DQM) as an efficient and robust numerical tool is used to obtain the initial thermal stresses and response of the plate. Comparison studies with some available results for FG plates are performed. The influences of temperature rise, temperature-dependence of material properties, material graded index and different geometrical parameters are carried out.
In this paper, hyperbolic shear deformation plate theory is developed for thermal buckling of functionally graded plates with porosity by dividing transverse displacement into bending and shear parts. The present theory is variationally consistent, and accounts for a quadratic variation of the transverse shearstrains across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. Three different patterns of porosity distributions (including even and uneven distribution patterns, and the logarithmic-uneven pattern) are considered. The logarithmic-uneven porosities for first time is mentioned. Equilibrium and stability equations are derived based on the present theory. The non-linear governing equations are solved for plates subjected to simply supported boundary conditions. The thermal loads are assumed to be uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. A comprehensive parametric study is carried out to assess the effects of volume fraction index, porosity fraction index, aspect ratio and side-to-thickness ratio on the buckling temperature difference of imperfect FG plates.
In this paper, the first-order shear deformation theory (FSDT) (Mindlin) for continuum incorporating surface energy is exploited to study the static behavior of ultra-thin functionally graded (FG) plates. The size-dependent mechanical response is very important while the plate thickness reduces to micro/nano scales. Bulk stresses on the surfaces are required to satisfy the surface balance conditions involving surface stresses. Unlike the classical continuum plate models, the bulk transverse normal stress is preserved here. By incorporating the surface energies into the principle of minimum potential energy, a series of continuum governing differential equations which include intrinsic length scales are derived. The modifications over the classical continuum stiffness are also obtained. To illustrate the application of the theory, simply supported micro/nano scaled rectangular films subjected to a transverse mechanical load are investigated. Numerical examples are presented to present the effects of surface energies on the behavior of functionally graded (FG) film, whose effective elastic moduli of its bulk material are represented by the simple power law. The proposed model is then used for a comparison between the continuum analysis of FG ultra-thin plates with and without incorporating surface effects. Also, the transverse shear strain effect is studied by a comparison between the FG plate behavior based on Kirchhoff and Mindlin assumptions. In our analysis the residual surface tension under unstrained conditions and the surface Lame constants are expected to be the same for the upper and lower surfaces of the FG plate. The proposed model is verified by previous work.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.