In this paper, a new higher order shear deformation model is developed for static analysis of functionally graded beams with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. The model account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. The present work aims to study the effect of the distribution forms of porosity on the bending of simply supported FG beam. Based on the present higher-order shear deformation model, the equations of motion are derived by the principle of virtual works. Navier type solution method was used to obtain displacement and stresses, and the numerical results are compared with those available in the literature. A comprehensive parametric study is carried out to assess the effects of volume fraction index, porosity fraction index, and geometry on the bending of imperfect FG beams. It can be concluded that the proposed model is simple and precise for the resolution of the behavior of flexural FGM beams while taking into account the shape of distribution of the porosity.
The use of functionally graded materials in applications involving severe thermal gradients is quickly gaining acceptance in the composite mechanics community, the aerospace and aircraft industry. In the present study, a refined sandwich plate model is applied to study the free vibration analysis of porous functionally graded material (FGM) sandwich plates with various distribution rate of porosity. Two types of common FG sandwich plates are considered. The first sandwich plate is composed of two FG material (FGM) face sheets and a homogeneous ceramic or metal core. The second one consists of two homogeneous fully metal and ceramic face sheets at the top and bottom, respectively, and a FGM core. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the sandwich plate. The number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported sandwich plates is obtained using Hamilton's principle. In order to present the effect of the variation of the porosity distribution on the dynamic behavior of the FGM sandwich plates, new mixtures are proposed which take into account different rate of porosity distribution between the ceramic and the metal. The present method is applicable to study the dynamic behavior of FGM plates and sandwich plates. The frequencies of two kinds of FGM sandwich structures are analyzed and discussed. Several numerical results have been compared with the ones available in the literature.
Yu Ding;Yu Jia;Zhongling Zong;Xuan Wang;Jiasheng Zhang;Min Ni
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.6
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pp.627-636
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2023
The essence of subgrade mud pumping under train load is the migration of fine particles in subgrade soil. The migration of fine particles will change the pore structure of overlying ballast, thus affecting the mechanical properties and hydraulic properties of ballast layer. It is of great theoretical significance and engineering value to study the effect of fine particle migration on the pore structure of ballast layer under cyclic loading. In this paper, a tailor-made subgrade mud pumping test model and an X-ray computed tomography (CT) scanning equipment were used to study the influence of migration of fine particles in subgrade soil on the pore parameters (plane porosity, volume porosity, pore distribution and pore connectivity) of overlying ballast under cyclic loading. The results show that the compression of ballast pores and the blockage of migrated fine particles make the porosity of ballast layer decreases gradually. And the percentage of small pores in ballast layer increases, while the percentage of large pores decreases; the connectivity of pores also gradually decreases. Based on the test results, an empirical model of ballast porosity evolution under cyclic loading is established and verified.
This paper presents three-dimensional finite element method analyses of the distribution of equivalents stress of Von Mises. Induced around a cavity located in the bone cement polymethylmethacrylate (PMMA). The presences and effect of its position in the cement was demonstrated, thus on the stress level and distribution. The porosity interaction depending on their positions, and their orientations on the interdistances their mechanical behaviour of bone cement effects were analysed. The obtained results show that micro-porosity located in the proximal and distal zone of the prosthesis is subject to higher stress field. We show that the breaking strain of the cement is largely taken when the cement, containing the porosities very close adjacent to each other.
Porosity is one important characteristic feature and structural index of sprayed coatings. A method of measurement of porosity, EPMA-EDS image processing is developed in the paper. The characteristics of pores can be determined by processing of the image obtained from an electron microscope via VISTA, Not only the porosity can be presented but also the statistical result of pore size distribution. Finally it can be drawn from this paper that EPMA-EDS is a quite effective method to completely characterize the pores in plasma sprayed coatings.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.11a
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pp.509-512
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2003
Dehydration and micro crack thermal expansion occur in cement hydrates of concrete structure heated by fire for a long time. The characteristic of concrete exposed to high temperature can be analyzed from distribution of porosity and pore size. Porosity showed a tendency to increase irrespective of specimen types. This is due to both the outbreak of collapse of gel comprising the cement and a micro crack by heating. Porosity did not affect the variety of specimen and increased with the same tendency throughout every specimen. In addition, the deteriorate of compressive strength resulted from increase in porosity
This paper deals with the nonlinear static deflections of functionally graded (FG) porous under thermal effect. Material properties vary in both position-dependent and temperature-dependent. The considered nonlinear problem is solved by using Total Lagrangian finite element method within two-dimensional (2-D) continuum model in the Newton-Raphson iteration method. In numerical examples, the effects of material distribution, porosity parameters, temperature rising on the nonlinear large deflections of FG beams are presented and discussed with porosity effects. Also, the effects of the different porosity models on the FG beams are investigated in temperature rising.
In this study, it is aimed to analyze the bending of porous sandwich plates using the four-variable shear deformation theory. The core of the sandwich plate is assumed to be functionally graded, and face sheets are assumed to be isotropic. The pore distribution of the sandwich plate is considered even and uneven type of porosity distribution. Displacement fields are defined with four variable shear deformation theory. Equilibrium equations of porous sandwich plates are derived from virtual displacement principle. An analytical solution is obtained by Navier's approach. Results are presented for uniformly and sinusoidally distributed loaded porous sandwich plates. Face sheet -core thickness ratio, porosity distribution, amount of porosity is investigated.
Based on first-order shear deformation theory, a wave propagation model of graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMFs) circular plates is built in this paper. The expressions of phase-/group- velocities and wave number are obtained by using Laplace integral transformation and Hankel integral transformation. The effects of GPLs pattern, foams distribution, GPLs weight fraction and foam coefficient on the phase and group velocity of GPLRMFs circular plates are discussed in detail. It can be inferred that GPLs distribution have great impacts on the wave propagation problems, and Porosity-I type distribution has the largest phase velocity and group velocity, followed by Porosity-III, and finally Porosity-II; With the increase of the GPLs weight fraction, the phase- and group- velocities for the GPLRMFs circular plate will be increased; With the increase of the foam coefficient, the phase- and group- velocities for the GPLRMFs circular plate will be decreased.
Hakim Bentrar;Sidi Mohammed Chorfi;Sid Ahmed Belalia;Abdelouahed Tounsi;Mofareh Hassan Ghazwani;Ali Alnujaie
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.6
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pp.551-567
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2023
In this work, the free vibration analysis of functionally graded material (FGM) sandwich plates with porosity is conducted using the p-version of the finite element method (FEM), which is based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The sandwich plate consists of two face-sheet layers of FGM and a homogeneous core layer. The obtained results are validated using convergence and comparison studies with previously published results. Five porosities distribution models of FGM sandwich plates are assumed and analyzed. The effect of the thickness ratio, boundary conditions, volume fraction exponents, and porosity coefficients of the top and bottom layers of FGM sandwich plates on the natural frequency are addressed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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