In this paper, the effect of homogenization models on stress analysis is presented for functionally graded plates (FGMs). The derivation of the effective elastic proprieties of the FGMs, which are a combination of both ceramic and metallic phase materials, is of most of importance. The majority of studies in the last decade, the Voigt homogenization model explored to derive the effective elastic proprieties of FGMs at macroscopic-scale in order to study their mechanical responses. In this work, various homogenization models were used to derive the effective elastic proprieties of FGMs. The effect of these models on the stress analysis have also been presented and discussed through a comparative study. So as to show this effect, a refined plate theory is formulated and evaluated, the number of unknowns and governing equations were reduced by dividing the transverse displacement into both bending and shear parts. Based on sinusoidal variation of displacement field trough the thickness, the shear stresses on top and bottom surfaces of plate were vanished and the shear correction factor was avoided. Governing equations of equilibrium were derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions of the stress analysis were obtained for simply supported FGM plates. The obtained results of the displacements and stresses were compared with those predicted by other plate theories available in the literature. This study demonstrates the sensitivity of the obtained results to different homogenization models and that the results generated may vary considerably from one theory to another. Finally, this study offers benchmark results for the multi-scale analysis of functionally graded plates.
Kim, Il-Kyu;Park, Seung-Hoon;Jang, Keum-Soo;Yang, Jung-Eun;Jang, Jae-Won;Sasikala, Balaraman
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.35
no.6
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pp.451-458
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2009
Metallic bone plates and screws have been commonly used in oral and maxillofacial surgery for internal fixation. However, there are several disadvantages such as atrophy of cortical bone inherent to excessive rigid fixation systems, growth disturbance in growing individual, allergy reaction, interference with radiographic imaging, palpability, thermal sensitibity and the need for subsequent removal. To overcome these disadvantages and avoid additional surgery of removal of plates and screws, there have been many studies of biodegradable plates and screws. But, It also has complication such as foreign body reactions. We have undertaken a clinical and retrospective study on 140 patients in Dept. of Oral and Maxillofacial Surgery, Inha University Hospital from February 2006 to March 2009. The purpose of this study is to report the clinical cases and review of the literatures with biodegradable plates and screws. And we concluded following results. 1. 6 cases(3.4%) of the 177 operation sites(140 patients) experienced complications. 1 case(0.6%) was a failure of initial fixation, 1 case(0.6%) was a postoperative infection, 4 cases(2.3%) were inflammations or foreign body reaction. 2. Postoperative infections, inflammations and foreign body reactions were completely recovered with incision and drainage, supporative care with antibiotic coverage and removal of biodegradable plates. 3. Biodegradable plates and screws provide acceptable rigidity and stability clinically. But, long-term observation is required for the tissue reactions around the biodegradable plates and screws because of long resorption periods of the biodegradable materials.
본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지용 금속분리판의 전기화학적 부식을 방지하기 위한 금속 첨가 DLC(Diamond-like-carbon) 표면처리 방법을 개발하였으며, stainless steel 304를 모재로 하여 텅스텐 첨가 DLC, 티타늄 첨가 DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 금속분리판을 제작하였다. 제작된 금속분리판을 이용하여 내구성 평가,전기화학적 부식 특성, 성능평가 및 접촉저항 특성 등을 평가하였다. 전기화학적 부식특성의 경우 각각의 분리판에 대해 6.69, 1.2, 1.0 ${\mu}A/cm^2$로 모재인 STS 304의 25 ${\mu}A/cm^2$의 부식전류밀도에 비해 우수한 부식특성을 보였다. 또한 초기 성능에서 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 300 mA/$cm^2$에서 0.757 V로 측정되었으며, 이는 graphite 분리판 측정 결과인 0.758 V와 유사한 성능을 보였다. 또한 내구성 평가에서 초기 성능 대비 성능 감소율이 10% 감소하는데 소요된 시간은 graphite 분리판의 경우 2,000시간으로 나타났으며, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 1,700시간으로 측정되었다. 1,500시간 까지의 성능 감소율은 grphite,텅스텐 첨가DLC,티타늄 첨가DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판 순으로 각각에 대해 37.7, 60.3, 92.8, 45.7 ${\mu}V$/hr로 나타났다.
Lin, Yueguo;Lafarie-Frenot, Marie Christine;Bai, Jinbo;Gigliotti, Marco
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.6
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pp.633-652
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2018
The present paper focuses on the development of a model for simulating the thermoelectric behavior of CNTs/CFRP Organic Matrix Composite (OMC) laminates for aeronautical applications. The model is developed within the framework of the thermodynamics of irreversible processes and implemented into commercial ABAQUS Finite Element software and validated by comparison with experimental thermoelectric tests on two types of composites materials, namely Type A with Carbon Nanotubes (CNT) and Type B without CNT. A simplified model, neglecting heat conduction, is also developed for simplifying the identification process. The model is then applied for FEM numerical simulation of the thermoelectric response of aircraft panel structures subjected to electrical loads, in order to discuss the potential danger coming from electrical solicitations. The structural simulations are performed on quasi-isotropic stacking sequences (QI) $[45/-45/90/0]_s$ using composite materials of type A and type B and compared with those obtained on plates made of metallic material (aluminum). For both tested cases-transit of electric current of intermediate intensity (9A) and electrical loading on panels made of composite material-higher heating intensity is observed in composites materials with respect to the corresponding metallic ones.
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used to predict corrosion behaviour of metallic Cultural Heritage assets in two monitoring campaigns: 1) an iron bar chain exposed indoor from over 500 years in the Notre Dame Cathedral in Amiens (France); and 2) a large weathering steel sculpture exposed outdoor from tens of years in Ferrara (Italy). The EIS portable instrument employed was battery operated. In situ EIS measurements on the iron chain could be used to investigate the phenomena involved in the electrochemical interfaces among various corrosion products and assess and predict their corrosion behaviour in different areas of the Cathedral. Meanwhile, the sculpture of weathering steel, like most outdoor artefacts, showed rust layers of different chemical composition and colour depending on the orientation of metal plates. The EIS monitoring campaign was carried out on different areas of the artefact surface, allowing assessment of their protective effectiveness. Results of EIS measurements evidenced how employing a simple test that could be performed in situ without damaging the artefacts surface is possible to quickly gain knowledge of the conservation state of an artefact and highlight potential danger conditions.
Conventional braces are often used to provide stiffness to structures; however due to buckling they cannot be used as seismic energy dissipating elements. In this study, a seismic energy dissipation device is proposed which is comprised of a bracing member and a steel hysteretic damper made of steel hexagonal plates. The hexagonal shaped designated fuse causes formation of plastic hinges under axial deformation of the brace. The main advantages of this damper compared to conventional metallic dampers and buckling-restrained braces are the stable and controlled energy dissipation capability with ease of manufacture. The mechanical behavior of the damper is formulated first and a design procedure is provided. Next, the theoretical formulation and the efficiency of the damper are verified using finite element (FE) analyses. An analytical model of the damper is established and its efficiency is further investigated by applying it to seismic retrofit of a case study structure. The seismic performance of the structure is evaluated before and after retrofit in terms of maximum interstory drift ratio, top story displacement, residual displacement, and energy dissipation of dampers. Overall, the median of maximum interstory drift ratios is reduced from 3.8% to 1.6% and the residual displacement decreased in the x-direction which corresponds to the predominant mode shape of the structure. The analysis results show that the developed damper can provide cost-effective seismic protection of structures.
Despite the considerable lateral stiffness and strength of the Concentrically Braced Frame (CBF), it suffers from low ductility and low seismic dissipating energy capacity. The buckling of the diagonal members of the CBF systems under cyclic loading ended up to the shortcoming against seismic loading. Comprehensive researches have been performing to achieve helpful approaches to prevent the buckling of the diagonal member. Among the recommended ideas, metallic damper revealed a better success than other ideas to enhance the behavior of CBFs. While metallic dampers improve the behavior of the CBF system, they increase constructional costs. Therefore, in this paper, a new steel damper with flexural mechanism is proposed, which is investigated experimentally and numerically. Also, a parametrical revision was carried out to evaluate the effect of thickness, slenderness ratio, angle of the main plate, and height of the main plates on the proposed damper. For the parametrical study, 45 finite element models were analyzed and considered. Experimental results, as well as the numerical results, indicated that the proposed damper enjoys a stable hysteresis loop without any degradation up to a high rotation equal to around 31% that is significantly considerable. Moreover, it showed a suitable performance in case of ductility and energy dissipating. Besides, the necessary formulas to design the damper, the required relations were proposed to design the elements outside the damper to ensure the damper acts as a ductile fuse.
Using negative Poisson's ratio materials, an innovative metallic-yielding damper is introduced for the first time in this study. Through the use of ABAQUS commercial software, a nonlinear finite element analysis is conducted to determine the performance of the proposed system. Mild steel plates with elliptical holes are used for these types of dampers, which dissipate energy through an inelastic deformation of the constitutive material. To assess the capability of the proposed damper, nonlinear quasi-static finite element analyses have been conducted on the damper with a variety of geometric parameters. According to the results, the proposed system is ductile and has a high capacity to dissipate energy. The proposed auxetic damper has a specific energy absorption of 910.8 J/kg and a ductility of 33.6. Therefore, this damper can dissipate a large amount of earthquake input energy without buckling by increasing the buckling load of the brace with its ductile behavior. In addition, it was found that by incorporating auxetic dampers in the steel frame, the frame was made harder, stronger, and ductile and its energy absorption increased by 300%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.6
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pp.585-592
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2011
The enhancement of the cold-start capability of polymer electrolyte fuel cells is of great importance in terms of the durability and reliability of fuel-cell vehicles. In this study, vanadium oxide films deposited onto the flat surface of metallic bipolar plates were synthesized to investigate the feasibility of their use as an efficient self-heating source to expedite the temperature rise during startup at subzero temperatures. Samples were prepared through the dip-coating technique using the hydrolytic sol-gel route, and the chemical compositions and microstructures of the films were characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and field-emission scanning electron microscopy. In addition, the electrical resistance hysteresis loop of the films was measured over a temperature range from -20 to $80^{\circ}C$ using a four-terminal technique. Experimentally, it was found that the thermal energy (Joule heating) resulting from self-heating of the films was sufficient to provide the substantial amount of energy required for thawing at subzero temperatures.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.2
no.3
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pp.5-10
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2001
Due to the development of high-strength fibers and adhesives, it is now possible to repair cracked metallic plates by bonding reinforced patches to the plate over the crack. In this study, pre-cracked aluminum 6061-T6 alloy plates repaired with bonded carbon/epoxy composite patch are applied to investigate the effect of various patch shapes on the tensile strength and the fatigue behavior of the structure. A non-patch-boned cased and 2 type-50$\times$50, 40$\times$20 mm-composite patch-bonded cases were tested to obtain fracture loads and fatigue crack growth rate. The results showed that the patch-bonded repair improves the static strength by 17% and the fatigue life by 200% compared to non-repaired case. It means that patch-boned repair is more effective in the fatigue life. It was also revealed that the patching method along crack growth direction is more efficient in cost and weight reduction. By observing the fractography, patch-bonded repair specimens demonstrated zigzag fracture patterns compared with the non-patched specimens, which shows a typical ductile fracture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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