In this paper, static and dynamic bending of nanocomposite micro beam armed with CNTs considering agglomeration effect is studied. The structural damping is considered by Kelvin-Voigt model. The agglomeration effects are assumed using Mori-Tanaka model. The micro beam is modeled by third order shear deformation theory (TSDT). The motion equations are derived by principle of Hamilton's and energy method assuming size effects on the basis of Eringen theory. Using differential quadrature method (DQM) and Newmark method, the static and dynamic deflections of the structure are obtained. The effects of agglomeration and CNTs volume percent, damping of structure, nonlocal parameter, length and thickness of micro-beam are presented on the static and dynamic deflections of the nanocomposite structure. Results show that with increasing CNTs volume percent, the static and dynamic deflections are decreased. In addition, enhancing the nonlocal parameter yields to higher static and dynamic deflections.
In this paper, dynamic buckling of truncated conical shell made of carbon nanotubes (CNTs) composite is studied. In aerospace industries, this category of structures is utilized extensively due to wide range of engineering applications. To calculate the effective material properties of the nanocomposite, The Mori-Tanaka model is applied. Also, the motion equations are derived with the assistance of the first order shear deformation theory (FSDT), Hamilton's principle and energy method. Besides, In order to solve motion equations and analyze dynamic instability region (DIR) of the structure, mixed model of differential quadrature method (DQM) and Bolotin's method is used. Moreover, investigation of the different parameters effects such as geometrical parameters and volume fraction of CNTs on the analysis of the DIR of the structure is done. In accordance with the obtained results, the DIR will occur at higher frequencies by increasing the volume fraction of CNTs.
Dynamic response and economic of a laminated porous concrete beam reinforced by nanoparticles subjected to harmonic transverse dynamic load is investigated considering structural damping. The effective nanocomposite properties are evaluated on the basis of Mori-Tanaka model. The concrete beam is modeled by the sinusoidal shear deformation theory (SSDT). Utilizing nonlinear strains-deflection, energy relations and Hamilton's principal, the governing final equations of the concrete laminated beam are calculated. Utilizing differential quadrature method (DQM) as well as Newmark method, the dynamic displacement of the concrete laminated beam is discussed. The influences of porosity parameter, nanoparticles volume percent, agglomeration of nanoparticles, boundary condition, geometrical parameters of the concrete beam and harmonic transverse dynamic load are studied on the dynamic displacement of the laminated structure. Results indicated that enhancing the nanoparticles volume percent leads to decrease in the dynamic displacement about 63%. In addition, with considering porosity of the concrete, the dynamic displacement enhances about 2.8 time.
Dynamic response of a rock tunnels by laminated porous concrete beam reinforced by nanoparticles subjected to harmonic transverse dynamic load is investigated considering structural damping. The effective nanocomposite properties are evaluated on the basis of Mori-Tanaka model. The concrete beam is modeled by the exponential shear deformation theory (ESDT). Utilizing nonlinear strains-deflection, energy relations and Hamilton's principal, the governing final equations of the concrete laminated beam are calculated. Utilizing differential quadrature method (DQM) as well as Newmark method, the dynamic displacement of the concrete laminated beam is discussed. The influences of porosity parameter, nanoparticles volume percent, agglomeration of nanoparticles, boundary condition, geometrical parameters of the concrete beam and harmonic transverse dynamic load are studied on the dynamic displacement of the laminated structure. Results indicated that enhancing the nanoparticles volume percent leads to decrease in the dynamic displacement about 63%. In addition, with considering porosity of the concrete, the dynamic displacement enhances about 2.8 time.
This paper deals with the dynamic buckling behavior of truncated conical shells composed of carbon nanotube composites, an important area of study in view of their very wide engineering applications in aerospace industries. In this regard, the effective material properties of the nanocomposite have been computed using the Mori-Tanaka model, which has already been established for such analyses. The motion equations ruling the structure's behavior are derived using first order shear deformation theory, Hamilton's principle, and energy method. This will provide adequate background information on its dynamic response. In an effort to probe the dynamic instability region of the structure, differential quadrature method combined with Bolotin's method will be adopted to tackle the resulting motion equations, which enables efficient and accurate analysis. This work considers the effect of various parameters in the geometrical parameters and the volume fraction of CNTs on the structure's DIR. Specifically, it became clear that increasing the volume fraction of CNTs shifted the frequency range of the DIR to higher values, indicating the significant role of nanocomposite composition regarding structure stability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.2
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pp.129-135
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2015
In this experimental study, the thermal stability values of micrometer-sized silica particle-reinforced epoxy composite specimens were evaluated by measuring their thermal expansion coefficients and Young's moduli. For all specimens used in this study (from the baseline specimen to that containing 70 wt% silica filler), the thermal expansion coefficients and Young's moduli were gradually reduced down to 25% and increased up to 51%, respectively. The results of the experiment were compared with those of certain empirical models. The experimental results of the measurement of thermal expansion coefficients corresponded well with those of Kerner's model, which considers the bulk and shear moduli of the matrix and silica filler. However, the results of the measurement of Young's moduli using the empirical Mori-Tanaka model were observed to match better with those of the experiment. The comparison of the results of the experiment with those of the empirical models demonstrated that a reliable model for measuring the thermal expansion coefficients and Young's moduli of composite specimens needs to consider certain property variations in the composites in addition to volume fraction changes in the filler and matrix.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.3
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pp.180-188
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1999
The dynamic elastic properties of metal matrix composites were investigated by resonant ultrasound spectroscopy(RUS). The composites used in this study consisted of 2124 aluminum alloy reinforced with different concentrations of SiC particles. RUS can determine the nine independent elastic stiffness($C_{ij}$) for the orthorhombic symmetry on a small specimen simultaneously. The elastic constants were determined as a function of the volume fraction. A concept of effective aspect ratio. which combine the aspect ratio and the orientation of reinforcement. was used to calculate the initial moduli from Mori-Tanaka theory for the input of RUS minimization code. Young's moduli can be obtained from the measured stiffnesses. The results show that the elastic stiffness increases with increment of the particle content. The behavior of elastic stiffness indicates that the particle redistribution induced by the extrusion process enlarges the transversely isotropic symmetry as the fraction of reinforced particles increase. This relationship could be used for determination of the volume fractions of reinforcement as a potential tool of nondestructive material characterization.
The mechanical and thermal behaviors of polyamide-6/clay nanocomposites were studied using the continuum-based, micromechanical models such as Mori-Tanaka, Halpin-Tsai and shear lag. Mechanic-based model prediction provides a better understanding regarding the dependence of the nanocomposites' reinforcement efficiency on conventional filler structural parameters such as filler aspect ratio ($\alpha$), filler orientation (S), filler weight fraction (${\Psi}_f$), and filler/matrix stiffness ratio ($E_f/E_m$). For an intercalated and exfoliated nanocomposite, an effective, filler-based, micromechanical model that includes effective filler structural parameters, the number of platelets per stack (n) and the silicate inter-layer spacing ($d_{001}$), is proposed to describe the mesoscopic intercalated filler and the nanoscopic exfoliated filler. The proposed model nicely captures the experimental modulus behaviors for both intercalated and exfoliated nanocomposites. In addition, the model prediction of the heat distortion temperature is examined for nanocomposites with different filler aspect ratio. The predicted heat distortion temperature appears to be reasonable compared to the heat distortion temperature obtained by experimental tests. Based on both the experimental results and model prediction, the reinforcement efficiency and heat resistance of the polyamide-6/clay nanocomposites definitely depend on both conventional (${\alpha},\;S,\;{\Psi}_f,\;E_f/E_m$) and effective (n, $d_{001}$) filler structural parameters.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.18
no.2
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pp.103-111
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1998
A nondestructive ultrasonic technique is presented for estimating the reinforcement volume fractions of particulate composites. The proposed technique employs a theoretical model which accounts for composite microstructures, together with a measurement of ultrasonic velocity to determine the reinforcement volume fractions. The approach is used for a wide range of SiC particulate reinforced Al matrix ($SiC_p/Al$) composites. The method is considered to be reliable in determining the reinforcement volume fractions. The technique could be adopted in a production unit for the quality assessment of the metal matrix particulate composite extrusions.
Time-dependent buckling of embedded straight concrete columns armed with Silicon dioxide($SiO_2$) nano-particles exposed to fire is investigated in the present study for the fire time. The column is simulated mathematically with Timoshenko beam model. The governing mass conservation equations to describe heat and moisture transport in concrete containing free water, water vapor, and dry air in conjunction with the conversion of energy are considered. The characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka approach. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the critical buckling load and critical buckling time of structure. The influences of volume percent of $SiO_2nano-particles$, geometrical parameters, elastic foundation and concrete porosity are investigated on the time-dependent buckling behaviours of structure. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with $SiO_2nano-particles$, the structure becomes stiffer and the critical buckling load and time increase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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