Nano-sized $TiB_2$ was in situ synthesized in copper matrix through self-propagating high temperature synthesis (SHS) with high-energy ball milled Ti-B-Cu elemental mixtures as powder precursors. The size of $TiB_2$ particles in the product of SHS reaction decreases with time of preliminary mechanical treatment ranging from 1 in untreated mixture to 0.1 in mixtures milled for 3 min. Subsequent mechanical treatment of the product of SHS reaction allowed the $TiB_2$ particles to be reduced down to 30-50 nm. Microstructural change of $TiB_2$-Cu nanocomposite during spark plasma sintering (SPS) was also investigated. Under simultaneous action of pressure, temperature and electric current, titanium diboride nanoparticles distributed in copper matrix move, agglomerate and form a interpenetrating phase composite with a fine-grained skeleton.
Mechanical coating process was applied to form 89 %-hydrolyzed poly vinyl alcohol (PVA) onto boron carbide ($B_4C$) nanopowder using one step high energy ball mill method. The polymer layer coated on the surface of B4C was changed to glass-like phase. The average particle size of core/shell structured $B_4C$/PVA was about 50 nm. The core/shell structured $B_4C$/PVA was formed by dry milling. However, the hydrolyzed PVA of $98{\sim}99%$ with high glass transition temperature ($T_g$) was rarely coated on the powder. The $T_g$ of polymer materials was one of keys for guest polymer coating on to the host powder by solvent free milling.
This research article reported the nonlinear finite solutions of the nonlinear flexural strength and stress behaviour of nano sandwich graded structural shell panel under the combined thermomechanical loading. The nanotube sandwich structural model is derived mathematically using the higher-order displacement polynomial including the full geometrical nonlinear strain-displacement equations via Green-Lagrange relations. The face sheets of the sandwich panel are assumed to be carbon nanotube-reinforced polymer composite with temperature dependent material properties. Additionally, the numerical model included different types of nanotube distribution patterns for the sandwich face sheets for the sake of variable strength. The required equilibrium equation of the graded carbon nanotube sandwich structural panel is derived by minimizing the total potential energy expression. The energy expression is further solved to obtain the deflection values (linear and nonlinear) via the direct iterative method in conjunction with finite element steps. A computer code is prepared (MATLAB environment) based on the current higher-order nonlinear model for the numerical analysis purpose. The stability of the numerical solution and the validity are verified by comparing the published deflection and stress values. Finally, the nonlinear model is utilized to explore the deflection and the stresses of the nanotube-reinforced (volume fraction and distribution patterns of carbon nanotube) sandwich structure (different core to face thickness ratios) for the variable type of structural parameter (thickness ratio, aspect ratio, geometrical configurations, constraints at the edges and curvature ratio) and unlike temperature loading.
Dehsaraji, Maryam Lori;Arefi, Mohammad;Loghman, Abbas
Steel and Composite Structures
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v.34
no.5
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pp.657-670
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2020
In this paper, vibration analysis of functionally graded nanoshell is studied based on the sinusoidal higher-order shear and normal deformation theory to account thickness stretching effect. To account size-dependency, Eringen nonlocal elasticity theory is used. For more accurate modeling the problem and corresponding numerical results, sinusoidal higher-order shear and normal deformation theory including out of plane normal strain is employed in this paper. The radial displacement is decomposed into three terms to show variation along the thickness direction. Governing differential equations of motion are derived using Hamilton's principle. It is assumed that the cylindrical shell is made of an arbitrary composition of metal and ceramic in which the local material properties are measured based on power law distribution. To justify trueness and necessity of this work, a comprehensive comparison with some lower order and lower dimension works and also some 3D works is presented. After presentation of comparative study, full numerical results are presented in terms of significant parameters of the problem such as small scale parameter, length to radius ratio, thickness to radius ratio, and number of modes.
In-situ processing route was adopted to disperse carbon nanotubes (CNTs) into $Al_2O_3$ powders homogeneously. The $Al_2O_3$ composite powders with homogeneous dispersion of CNTs could be synthesized by a catalytic route for in-situ formation of CNTs on nano-sized Fe dispersed $Al_2O_3$ powders. CNTs/Fe/$Al_2O_3$ nanopowders were densified by spark plasma sintering (SPS). The hardness and bending strength as well as electrical conductivity increased with increasing sintering temperature. However, the electrical conductivity of the composites sintered at above $1500^{\circ}C$ showed decreased value with increasing sintering temperature due to the oxidation of CNTs.
Polymer nanocomposites are advanced nanomaterials which exhibit dramatic improvements in various mechanical, thermal and barrier properties as compared with the neat polymer. Polystyrene/ alumina nanocomposites were prepared by an ultrasound-assisted solution casting method at filler loadings ranging from 0.2 to 2% and also at different ultrasonic frequencies, viz. 58 kHz, 192/58 kHz, 430 kHz, 470 kHz and 1 MHz. The composites were subjected to mechanical property tests (tensile and impact tests) and cavitation erosion tests to study the enhancement in functional properties. Filler dispersion in the polymer matrix was observed by SEM analysis. The effect of frequency on filler dispersion in the matrix was studied by SEM analysis and functional property enhancement of the composite material. The composites prepared at dual (high/ low) frequency (192/58 kHz) were found to show better property enhancement at low filler loadings as compared with neat polymer and also with composites prepared without ultrasound, thus reinforcing the finding that ultrasound-assisted synthesis is a promising method for the synthesis of nanocomposites.
The synthesis and characterization of catalysts supported on multi-walled carbon nanotubes (CNTs). $Pt/Au/TiO_2$ is added to a CNTs(cabon nano tube) carbon support to improve the performance of a direct methanol fuel cell. XRD and SEM showed that uniform anatase $TiO_2$ and Pt/Au particles were about 200 nm and 20${\sim}$25 nm in diameter. The composite catalyst activities were measured by cyclic voltammetry (CV), demonstrating that it is more promising for use in fuel cells.
The mechanical properties of barrier ribs in PDP require quantification in order to control the defects and to increase the yield in the process. Several different types of rib materials were tested for hardness (H) and Young's modulus (E) with a microtip indenter (Berkovich type). For the assessment of fracture toughness of the rib, a macro Vikers indenter was used. The materials with 30wt% of filler were fired at between $490^{\circ}C$ and $570^{\circ}C$. As a result, the composite became fully densified at $520^{\circ}C$, which is near the T s (Littleton softening point) of glass frit. As the filler content increased, the fracture toughness also $(K_{IC})$ increased in the range of 0.60 to 2.63 $MPa{\cdot}m^{0.5}$ after sintering at $550^{\circ}C$. The results suggest that the application of a nano-indenter would be useful for testing the mechanical properties of barrier ribs.
Free axial vibration of axially functionally graded (AFG) nanorods is studied by focusing on the inertia of lateral motions and shear stiffness effects. To this end, Bishop's theory considering the inertia of the lateral motions and shear stiffness effects and the nonlocal theory considering the small scale effect are used. The material properties are assumed to change continuously through the length of the AFG nanorod according to a power-law distribution. Then, nonlocal governing equation of motion and boundary conditions are derived by implementing the Hamilton's principle. The governing equation is solved using the harmonic differential quadrature method (HDQM), After that, the first five axial natural frequencies of the AFG nanorod with clamped-clamped end condition are obtained. In the next step, effects of various parameters like the length of the AFG nanorod, the diameter of the AFG nanorod, material properties, and the nonlocal parameter value on natural frequencies are investigated. Results of the present study can be useful in more accurate design of nano-electro-mechanical systems in which nanotubes are used.
This article presented a nanoscale modified continuum model to investigate the free vibration of functionally graded (FG) porous nanobeam by using finite element method. The main novelty of this manuscript is presenting effects of four different porosity models on vibration behaviors of nonlocal nanobeam structure including size effect, that not be discussed before The proposed porosity models are, uniform porosity distribution, symmetric with mid-plane, bottom surface distribution and top surface distribution. The nano-scale effect is included in modified model by using the differential nonlocal continuum theory of Eringen that adding the length scale into the constitutive equations as a material parameter constant. The graded material is distributed through the beam thickness by a generalized power law function. The beam is simply supported, and it is assumed to be thin. Therefore, the kinematic assumptions of Euler-Bernoulli beam theory are held. The mathematical model is solved numerically using the finite element method. Results demonstrate effects of porosity type, material gradation, and nanoscale parameters on the free vibration of nanobeam. The proposed model is effective in vibration analysis of NEMS structure manufactured by porous functionally graded materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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