Magnetic suspensions based on passive levitation of diamagnetic materials on permanent magnets provide attractive systems for several applications on the micro and meso scales. The magnetic properties of these kinds of suspensions dramatically reduce the global mechanical stiffness of the devices providing significant effects on their dynamic response. The goal of this paper is to investigate the static and dynamic behavior of magnetic suspensions with respect to its dependant parameters. Experimental measurements have been performed on the response of dedicated prototypes where the geometrical dimensions and magnetic field strength have been intended as variable parameters. Some benefits have been documented in the fields of energy harvesting and inertial sensing, while additional applications of magnetic suspensions are under investigation.
In this work, random homogenization analysis for the effective thermal properties of a three-dimensional composite material with unidirectional fibers is presented by combining the equivalent inclusion method with Random Factor Method (RFM). The randomness of the micro-structural morphology and constituent material properties as well as the correlation among these random parameters are completely accounted for, and stochastic effective thermal properties as thermal expansion coefficients as well as their correlation are then sought. Results from the RFM and the Monte-Carlo Method (MCM) are compared. The impact of randomness and correlation of the micro-structural parameters on the random homogenized results is revealed by two methods simultaneously, and some important conclusions are obtained.
In this paper, the classical continuum mechanics is adopted and modified to be consistent with the unique behavior of micro/nano solids. At first, some kinematical principles are discussed to illustrate the effect of the discrete nature of the microstructure of micro/nano solids. The fundamental equations and relations of the modified couple stress theory are derived to illustrate the microstructural effects on nanostructures. Moreover, the effect of the material surface energy is incorporated into the modified continuum theory. Due to the reduced coordination of the surface atoms a residual stress field, namely surface pretension, is generated in the bulk structure of the continuum. The essential kinematical and kinetically relations of nano-continuums are derived and discussed. These essential relations are used to derive a size-dependent model for Mindlin functionally graded (FG) nano-plates. An analytical solution is derived to show the feasibility of the proposed size-dependent model. A parametric study is provided to express the effect of surface parameters and the effect of the microstructure couple stress on the bending behavior of a simply supported FG nano plate.
This work investigates the accuracy and performance of a $FE^2$ multi-scale implementation used to predict the behavior of composite materials. The equations are formulated assuming the small deformations solid mechanics approach in non-linear material models with hardening plasticity. The uniform strain boundary conditions are applied for the macro-to-micro transitions. A parallel algorithm was implemented in order to solve large engineering problems. The scheme proposed takes advantage of the domain decomposition method at the macro-scale and the coupling between each subdomain with a micro-scale model. The precision of the method is validated with a composite material problem and scalability tests are performed for showing the efficiency.
Amir, Saeed;Arshid, Ehsan;Arani, Mohammad Reza Ghorbanpour
Smart Structures and Systems
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v.23
no.5
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pp.429-447
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2019
The present study analyzed free vibration of the three-layered micro annular/circular plate which its core and face sheets are made of saturated porous materials and FG-CNTRCs, respectively. The structure is subjected to magneto-electric fields and magneto-electro-mechanical pre loads. Mechanical properties of the porous core and also FG-CNTRC face sheets are varied through the thickness direction. Using dynamic Hamilton's principle, the motion equations based on MCS and FSD theories are derived and solved via GDQ as an efficient numerical method. Effect of different parameters such as pores distributions, porosity coefficient, pores compressibility, CNTs distribution, elastic foundation, multi-physical pre loads, small scale parameter and aspect ratio of the plate are investigated. The findings of this study can be useful for designing smart structures such as sensor and actuator.
Mohammadimehr, Mehdi;Zarei, Hassan BabaAkbar;Parakandeh, Ali;Arani, Ali Ghorbanpour
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.3
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pp.361-379
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2017
In this article, the vibration behavior of double-bonded sandwich microplates with homogeneous core and nanocomposite facesheets reinforced by carbon nanotube and boron nitride nanotube under multi physical fields such as 2D magnetic and electric fields is investigated. Symmetric and un-symmetric distributions of nanotubes are considered for facesheets of sandwich microplates such as uniform distribution and various functionally graded distributions. The double-bonded sandwich microplates rest on visco-Pasternak foundation. Material properties of sandwich microplates are obtained by the extended rule of mixture. The sinusoidal shear deformation theory (SSDT) is employed to describe displacement fields of sandwich microplates. Also, the dimensionless natural frequency is obtained by classical plate theory (CPT) and compared with the obtained results by SSDT. It can be seen that the obtained dimensionless natural frequencies by CPT are higher than SSDT. In order to study the material length scale parameters, modified strain gradient theory at micro scale is utilized and then, the equations of motion are derived using Hamilton's principle. The effects of different parameters such as foundation parameters including Winkler, shear layer and damping coefficients, various distributions and volume fraction of nanotubes, core to facesheet thickness ratio, aspect and side ratios on the dimensionless natural frequencies are discussed in details. The results of present work can be used to optimum design and control of similar systems such as micro-electro-mechanical and nano-electro-mechanical devices.
Arefi, Mohammad;Bidgoli, Elyas Mohammad-Rezaei;Zenkour, Ashraf M.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.27-40
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2018
The governing equations of motion are derived for analysis of a sandwich microbeam in this paper. The sandwich microbeam is including an elastic micro-core and two piezoelectric micro-face-sheets. The microbeam is subjected to transverse loads and two-dimensional electric potential. Higher-order sinusoidal shear deformation beam theory is used for description of displacement field. To account size dependency in governing equations of motion, strain gradient theory is used to mention higher-order stress and strains. An analytical approach for simply-supported sandwich microbeam with short-circuited electric potential is proposed. The numerical results indicate that various types of parameters such as foundation and material length scales have significant effects on the free vibration responses and dynamic results. Investigation on the influence of material length scales indicates that increase of both dimensionless material length scale parameters leads to significant changes of vibration and dynamic responses of microbeam.
Description and theory of spin coating technique has been elaborately outlined and a spin coating machine designed and fabricated using affordable components. The system was easily built with interdisciplinary knowledge of mechanics, fluid mechanics and electronics. This equipment employs majorly three basic components and two circuit units in its operation. These include a high speed dc motor, a proximity sensor mounted at a distance of about 15 mm from a reflective metal attached to the spindle of the motor to detect every passage of the reflective metal at its front and generate pulses. The pulses are transmitted to a micro-controller which process them into rotational speed (revolution per minute) and displays it on a lead crystal display (LCD) which is also a component of the micro-controller. The circuit units are a dc power supply unit and a PWM motor speed controlling unit. The various components and circuit units of this equipment are housed in a metal casing made of an 18 gauge black metal sheet designed with a total area of 1, $529.2cm^2$. To illustrate the use of the spin-coating system, ZnO sol-gel films were prepared and characterized using SEM, XRD, UV-vis, FT-IR and RBS and the result agrees well with that obtained from standard equipment and a speed of up to 9000 RPM has been achieved.
In this paper the dynamic stiffness matrix method was used for the free vibration analysis of axially moving micro beam with constant velocity. The extended Hamilton's principle was employed to derive the governing differential equation of the problem using the modified couple stress theory. The dynamic stiffness matrix of the moving micro beam was evaluated using appropriate expressions of the shear force and bending moment according to the Euler-Bernoulli beam theory. The effects of the beam size and axial velocity on the dynamic characteristic of the moving beam were investigated. The natural frequencies and critical velocity of the axially moving micro beam were also computed for two different end conditions.
Park, Kun-Joons;Jeon, Byung-Sun;Min, Hong-Seok;Song, Seung-Jin;Min, Kyoung-Doug;Joo, Young-Chang
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2001.11a
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pp.381-386
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2001
This paper reports on the development of micro power system under way at Seoul National University. The interdisciplinary tin consists of members with various backgrounds of mechanics and materials. The need for micro power systems is explained, and a turbine under development is described. Design, and fabrication are introduced, and technical challenges in each phase are described. Furthermore, the interaction between the available fabrication methods and design is explained. Design involves use of commercially available codes to analyze flow fields, and fabrication takes advantage of the silicon wafer etching processes used to manufacture semiconductor devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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