An acoustic vector sensor is a device that is capable of measuring the direction of wave propagation and the acoustic pressure. In this paper, the modeling of micro-cantilever sensor for the vector sensor are proposed by consideration of acoustic phenomenon in water. Two models based on unimorph structure are proposed in this paper and corresponding transfer function which describes the relation between input pressure wave and output voltage depending on incidence angle and frequency of pressure wave is derived based on lumped model. It has been shown that very thin and flexible micro-cantilever can be used to measure directly the particle velocity component in water.
Acoustic characteristics of a sound absorbing material can be identified, if the characteristic impedance and propagation constants are known, which have generally been determined experimentally. One easy method determining these two essential parameters is to measure the one dimensional wave characteristics in the impedance tube. In th udy, the effects of backing conditions on the impedance tube measurement have been examined using several pairs of generally used end conditions. The results showed that the measured values are similar for most pairs of end conditions: however, it was observed that the measured characteristic impedance for different thickness did not agree well for some pairs. In this work, the multi termination method, using three or more known backing con ns, was suggested to reduce such random errors, which are mostly caused by the test procedure. Employing three terminations as a set, comprised of a rigid end, an end with porous material, and an end with a backing cavity, it was demonstrated that improved measured results could be obtained for an open cell PU foam varying widely with three different thicknesses.
It is well accepted that rock failure mechanism influence the cutting efficiency and determination of optimum cutting parameters. In this paper, an attempt was made to research the factors that affect the failure mechanism based on discrete element method (DEM). The influences of cutting depth, hydrostatic pressure, cutting velocity, back rake angle and joint set on failure mechanism in rock-cutting are researched by PFC2D. The results show that: the ductile failure occurs at shallow cutting depths, the brittle failure occurs as the depth of cut increases beyond a threshold value. The mean cutting forces have a linear related to the cutting depth if the cutting action is dominated by the ductile mode, however, the mean cutting forces are deviate from the linear relationship while the cutting action is dominated by the brittle mode. The failure mechanism changes from brittle mode with larger chips under atmospheric conditions, to ductile mode with crushed chips under hydrostatic conditions. As the cutting velocity increases, a grow number of micro-cracks are initiated around the cutter and the volume of the chipped fragmentation is decreasing correspondingly. The crack initiates and propagates parallel to the free surface with a smaller rake angle, but with the rake angle increases, the direction of crack initiation and propagation is changed to towards the intact rock. The existence of joint set have significant influence on crack initiation and propagation, it makes the crack prone to propagate along the joint.
It is important to maintain cladding integrity in spent nuclear fuel management. This study proposes a numerical analysis method to evaluate the fracture resistance of irradiated zirconium alloy cladding under pinch load known to cause Mode-III failure. The mechanical behavior and fracture of the cladding under pinch loading can be evaluated by a Ring Compression Test (RCT). To simulate the fracture of hydride precipitates, zirconium matrix, and Zr/hydride interfaces under the stress field generated by RCT, a micro-structure crack propagation simulation method based on Continuum Damage Mechanics (CDM) has been proposed. Our RCT simulation model was constructed from microscopic images of irradiated cladding. In this study, we developed an automated process to generate a pixel-based finite element model by separating the hydride precipitates, zirconium matrix, and interfaces using an image segmentation method. The appropriate element size was selected to ensure the efficiency and accuracy of a crack propagation simulation. The load-displacement curves and strain energies from RCT were compared and analyzed with the simulation results of different element sizes. The finalized RCT simulation model can be used to establish the failure criterion of fuel rods under pinch loading. The advantages and limitations of the proposed method are fully discussed here.
Abdelouahed Tounsi;Saeed I. Tahir;Mohammed A. Al-Osta;Trinh Do-Van;Fouad Bourada;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdeldjebbar Tounsi
Computers and Concrete
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v.32
no.1
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pp.61-74
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2023
This article investigates the wave propagation analysis of the imperfect functionally graded (FG) sandwich plates based on a novel simple four-variable integral quasi-3D higher-order shear deformation theory (HSDT). The thickness stretching effect is considered in the transverse displacement component. The presented formulation ensures a parabolic variation of the transverse shear stresses with zero-stresses at the top and the bottom surfaces without requiring any shear correction factors. The studied sandwich plates can be used in several sectors as areas of aircraft, construction, naval/marine, aerospace and wind energy systems, the sandwich structure is composed from three layers (two FG face sheets and isotropic core). The material properties in the FG faces sheet are computed according to a modified power law function with considering the porosity which may appear during the manufacturing process in the form of micro-voids in the layer body. The Hamilton principle is utilized to determine the four governing differential equations for wave propagation in FG plates which is reduced in terms of computation time and cost compared to the other conventional quasi-3D models. An eigenvalue equation is formulated for the analytical solution using a generalized displacements' solution form for wave propagation. The effects of porosity, temperature, moisture concentration, core thickness, and the material exponent on the plates' dispersion relations are examined by considering the thickness stretching influence.
Mathematical aspects of the electromagnetic surface-wave propagation are examined for the dielectric core consisting of multiple sub-layers, which are embedded in the gap between the two bounding cladding metals. For this purpose, the linear problem with a partial differential wave equation is formulated into a nonlinear eigenvalue problem. The resulting eigenvalue is found to exist only for a certain combination of the material densities and the number of the multiple sub-layers. The implications of several limiting cases are discussed in terms of electromagnetic characteristics.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.6
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pp.724-730
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2006
Fracture behavior of brittle solids is closely related to microcracking. A meso-scale analysis method using the natural element method is proposed for the analysis of brittle microcracking solids. The microcracking is assumed to occur along Voronoi edges in the Voronoi diagram generated using the nodal points as the generators. The mechanical effect of microcracks is considered by controlling the material constants in the neighborhood of the microcracks. The meso-analysis method is applied to the simulation of the microcracking behaviors of brittle solids subjected to tensile macrostress. The method is also applied to the analysis of the propagation of a macrocrack accompanied by the coalescence with microcracks formed near the macrocrack-tip.
Nearly fully dense PZT samples both with tetragonal and with morphotropic phase boundary compositions were prepared by the conventional powder processing and sintering. A micro-indentation technique was used to evaluate the dependence of fracture toughness on remanent polarization, crack length and the direction of crack propagation. The result shows that the toughness increases with the remanent polarization along the poling direction and decreases in the transverse direction. The dependence of toughness on the remanent polarization is neither symmetric nor linear but rather shown to be saturated quickly with the increase in remanent polariztion. R-curve behaviors are observed in both poled and unpoled samples. Sequential SEM and XRD studies on annealed, poled, ground, fractured and etched samples show that domain switching is evident as a viable toughening mechanism but might depend upon the rate of crack propagation. Grain bridging is also observed as one of the active toughening mechanisms.
This study were looks at the effect of the initial cut length or stress concentration level, on the wave forms produced by crack propagation. The signals were collected, then classified visually for each type of sample. They were put into three classes according to their shapes in the time and frequency domain. Each class should domain signals which could be correlated to a certain micro-failure mechanism that occurs during the fatigue process. Classes of these signals compared, with each sample. To see if there were any classes common to the three samples. The fatigue test attempted to determine if the initial cut length has any influence on the type of signals.
Rapid advances in the engineering applications can bring further areas to provide the opportunity to manipulate anisotropic structures for direct productivity in design of micro/nano-structures. For the first time, magnetic affected wave characteristics of nanosize plates made of anisotropic material is investigated via the three-dimensional bi-Helmholtz nonlocal strain gradient theory. Three small scale parameters are used to predict the size-dependent behavior of the nanoplates more accurately. After owing governing equations of wave motion, an analytical approach based harmonic series is utilized to fine the wave frequency as well as phase velocity. It is observed that the small scale parameters, magnetic field and wave number have considerable influence on the wave characteristics of anisotropic nanoplates. Due to the lack of any study on the mechanics of three-dimensional bi-Helmholtz gradient plates made of anisotropic materials, it is hoped that the present exact model may be used as a benchmark for future works of such nanostructures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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