The residual stresses in molded plastic parts can be divided into the flow induced residual stresses produced in flowing stages and the thermally induced residual stresses produced in cooling state. Reducing residual stresses in the final parts is one of the goals in recent study. The present study focused on comparing the predicted values for thermal residual stresses in freely and constrained quenched plastic plates with and without free volume theory. As a result the final residual stresses showed the opposite pattern in thickness direction. furthermore by applying free volume theory the predicted residual stress at the center showed about 50% of the values without free volume theory for constrained quenched case.
1. Introduction : Molecular diffusion of small molecules in polymers plays an important role in many areas where polymers are acting as barriers, and in separation processes, such as selective diffusion. Different applications of polymers have different requirements on their transport properties. Therefore, reliable predictions of diffusion coefficients for small molecules in polymeric materials could be a useful tool to design appropriate materials. For many years, the theories based on free-volume concepts have been widely used to correlate and predict diffusion behavior in polymer/solvent systems. In the theory derived by Vrentas and Duda, the empty space between molecules that is available for molecular transport, referred to as hole free-volume, is being redistributed. Molecular transport will occur only when a free-volume of sufficient size appears adjacent to a molecule and the molecule has enough energy to jump into this void. The diffusive jump is considered complete when the void left behind is closed before the molecule returns to its original position. In this paper, the Vrentas-Duda free-volume theory is presented and the methods to estimate free-volume parameters for predicting polymer/ solvent diffusion coefficients are described in detail.
The residual stress and birefringence in injection-molded plastic parts can be divided into the flow-induced residual stress and birefringence produced in flowing stage, the thermally-induced residual stress and birefringence produced in cooling stage. However, the physics involved in the generation of the thermally-induced residual stress and birefringence still remains to be understood. Because polymer experiences viscoelastic history near the glass-transition temperature it is hard to model the entire process. Volume relaxation phenomenon was included to predict the final thermally-induced residual stress and birefringence in quenched plastic parts more accurately. The present study focused on comparing the predicted values far thermally-induced residual stress and birefringence with and without volume relaxation behavior (or free volume theory) under free and constrained quenching conditions. As a result, tile residual stress remained as a tensile stress at the center and as a compressible stress near the surface for the free quenching cases. In contract the residual stress remained as a compressible stress at the center and as a tensile stress near the surface fur the constrained quenching cases. The residual birefringence remained as minus values at the center and as plus values near the surface for the free quenching cases. Interestingly the residual birefringence showed minus values in entire zone for the constrained quenching cases. In the prediction of birefringence only the case including free volume theory showed the correct result for the distribution of birefringence in thickness direction.
폴리이미드/N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)계에서 의 상호확산계수를 Vrentas-Duda의 hole free volume 이론을 이용하여 나타내었다. NMP와 폴리이미드의 기초 물성과 그룹기여이론을 이용하여 상호확산계수식 내의 여러 자유부피인자들을 결정할 수 있었으며 폴리이미드가 NMP에 팽윤되는 거동을 실험으로 측정함으로써 지수전확산계수인 D$_{0}$를 구할 수 있었다. 결정된 확산계수식을 이용한 이론적 팽윤거동이 온도에 따른 폴리이미드/NMP 계의 실험적 거동을 잘 묘사함을 알 수 있었다.다.
고분자액체의 상태방정식을 구하기 위하여 많은 이론들이 제안되어 왔다. 이론들의 대부분은 cell, hole, free volume 또는 lattice 등의 개념에 근거를 두고 있다. 가장 성공적인 이론중의 하나로 평가받고 있는 것이 free volume의 개념을 근거로 한 Flory의 상태방정식 이론이다. 본 연구에서는 Flory 이론에서 사용한 van der Waals 포텐셜을 수정하여 새로운 상태방정식을 만들었다. 계산결과 새로운 상태방정식은 Flory 이론보다 PVT 실험값과 더 잘 일치함을 알 수 있었다.
In the present work, free vibration of beams made of imperfect functionally graded materials (FGMs) including porosities is investigated. Because of faults during process of manufacture, micro voids or porosities may arise in the FGMs, and this situation causes imperfection in the structure. Therefore, material properties of the beams are assumed to vary continuously through the thickness direction according to the volume fraction of constituents described with the modified rule of mixture including porosity volume fraction which covers two types of porosity distribution over the cross section, i.e., even and uneven distributions. The governing equations of power law FGM (P-FGM) and sigmoid law FGM (S-FGM) beams are derived within the frame works of classical beam theory (CBT) and first order shear deformation beam theory (FSDBT). The resulting equations are solved using separation of variables technique and assuming FG beams are simply supported at both ends. To validate the results numerous comparisons are carried out with available results of open literature. The effects of types of volume fraction function, beam theory and porosity volume fraction, as well as the variations of volume fraction index, span to depth ratio and porosity volume fraction, on the first three non-dimensional frequencies are examined in detail.
This paper uses the four-variable refined plate theory for the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) rectangular plates. The plate properties are assumed to be varied through the thickness following a simple power law distribution in terms of volume fraction of material constituents. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Equations of motion are derived from the Hamilton's principle. The closed-form solutions of functionally graded plates are obtained using Navier solution. Numerical results of the refined plate theory are presented to show the effect of the material distribution, the aspect and side-to-thickness ratio on the fundamental frequencies. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the free vibration behavior of functionally graded plates.
Hadji, Lazreg;Daouadji, T. Hassaine;Bedia, E. Adda
Geomechanics and Engineering
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제9권3호
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pp.361-372
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2015
In this paper, a refined exponential shear deformation theory for free vibration analysis of functionally graded beam with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. For this purpose, a new displacement field based on refined shear deformation theory is implemented. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present refined shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
Kolahdouzan, Farzad;Arani, Ali Ghorbanpour;Abdollahian, Mohammad
Steel and Composite Structures
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제26권3호
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pp.273-287
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2018
Buckling and free vibration analysis of sandwich micro plate (SMP) integrated with piezoelectric layers embedded in orthotropic Pasternak are investigated in this paper. The refined Zigzag theory (RZT) is taken into consideration to model the SMP. Four different types of functionally graded (FG) distribution through the thickness of the SMP core layer which is reinforced with single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) are considered. The modified couple stress theory (MCST) is employed to capture the effects of small scale effects. The sandwich structure is exposed to a two dimensional magnetic field and also, piezoelectric layers are subjected to external applied voltages. In order to obtain governing equation, energy method as well as Hamilton's principle is applied. Based on an analytical solution the critical buckling loads and natural frequency are obtained. The effects of volume fraction of carbon nanotubes (CNTs), different distributions of CNTs, foundation stiffness parameters, magnetic and electric fields, small scale parameter and the thickness of piezoelectric layers on the both critical buckling loads and natural frequency of the SMP are examined. The obtained results demonstrate that the effects of volume fraction of CNTs play an important role in analyzing buckling and free vibration behavior of the SMP. Furthermore, the effects of magnetic and electric fields are remarkable on the mechanical responses of the system and cannot be neglected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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