In this study, free vibration analysis of functionally graded (FG) porous truncated conical shell panels reinforced by graphene platelets (GPLs) has been investigated for the first time. Additionally, the effect of three different types of porosity distribution and five different types of GPLs patterns on dynamic response of the shell are also studied. Halpin-Tsai micromechanical model and Voigt's rule are used to determine Young modulus, shear modulus and Poisson's ratio with mass densities of the shell, respectively. The main novelties of present study are: applying 3D elasticity theory and the finite element method in conjunction with Rayleigh-Ritz method to give more accurate results unlike other simplified shell theories, and also presenting a general 3D solution in cylindrical coordinate system that can be used for analyses of different structures such as circular, annular and annular sector plates, cylindrical shells and panels, and conical shells and panels. A convergence study is performed to justify the correctness of the obtained solution and numerical results. The impact of porosity and GPLs patterns, the volume of voids, the weight fraction of graphene nanofillers, semi vertex and span angles of the cone, and various boundary conditions on natural frequencies of the functionally graded panel have been comprehensively studied and discussed. The results show that the most important parameter on dynamic response of FG porous truncated conical panel is the weight fraction of nanofiller and adding 1% weight fraction of nanofiller could increase 57% approximately the amounts of natural frequencies of the shell. Moreover, the porosity distribution has great effect on the value of natural frequency of structure rather than the porosity coefficient.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Tarek Merzouki;AhmedAmine Daikh;Aman Garg;Abdelouahed Tounsi;Mohamed A. Eltaher;Mohamed-Ouejdi Belarbi
Structural Engineering and Mechanics
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제89권1호
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pp.1-11
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2024
This article introduces a novel analytical model for examining the impact of porosity on shear correction factors (SCFs) in functionally graded porous beams (FGPB). The study employs uneven and logarithmic-uneven modified porosity-dependent power-law functions, which are distributed throughout the thickness of the FGP beams. Additionally, a modified exponential-power law function is used to estimate the effective mechanical properties of functionally graded porous beams. The correction factor plays a crucial role in this analysis as it appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant. It compensatesfor the assumption that the shear strain is uniform across the depth of the cross-section. By applying the energy equivalence principle, a general expression for static SCFs in FGPBs is derived. The resulting expression aligns with the findings obtained from Reissner's analysis, particularly when transitioning from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional case (beam). The article presents a convenient algebraic form of the solution and provides new case studies to demonstrate the practicality of the proposed formulation. Numerical results are also presented to illustrate the influence of porosity distribution on SCFs for different types of FGPBs. Furthermore, the article validates the numerical consistency of the mechanical property changesin FG beams without porosity and the SCF by comparing them with available results.
작물은 복잡한 형상 때문에 CFD모델에서 다공성 매체로 설계된다. 작물이 고려된 CFD 모델 해석을 위해서는 작물군락의 공기저항값을 입력하여야 하며, 이 값은 작물에 따라 달라진다. 본 연구에서는 풍동실험을 통해 국화군락의 공기저항 값을 구하였다. 풍상측에서는 풍속과 재식밀도가 증가할수록 정압이 증가하였다. 풍하측에서는 풍속이 증가할수록 정압이 낮아졌으나 재식밀도의 영향은 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 풍속과 재식밀도가 증가할수록 풍상측과 풍하측의 압력차가 커지는 것으로 나타났다. 국화군락의 공기저항값인 항력계수 $C_d$값은 0.22였으며, Fluent 프로그램의 공기저항 계수로 이용한다. CFX 프로그램에서 필요로 하는 다공성 매체의 특성값 $K_Q$는 재식간격 $9{\times}9cm$일 때 2.22, $11{\times}11cm$일 때 1.81, $13{\times}13cm$일 때 1.07이었으며, 이 값을 CFX 프로그램의 quadratic resistance coefficient로 입력한다.
최근 도로시설물에 작용되는 하중을 저감시키기 위하여 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 중 풍하중 저감을 위한 유공판을 사용하는 기술이 일부 적용 중에 있다. 현재 국내 도로시설물 설계기준에서는 유공판의 항력계수에 대한 규정은 마련되어 있지 않다. 미국의 구조물 설계기준 'Minimum design loads for buildings and other structures'에서는 Letchford(2001)와 Giannoulis(2012)의 연구 내용을 바탕으로 건축물과 도로시설물의 유공판 항력계수 내용이 개정되었다. 본 연구에서는 유공판 항력계수 규정에 대한 준용 가능성을 분석하고자 관련 풍동실험을 수행하였다. 더불어 풍동실험 결과 값과 미국 설계기준의 항력계수 값을 비교 분석하였으며, 미국 설계기준 항력계수를 적용한 도로표지 지주 및 가로재의 부재 단면적 감소효과를 비교 분석하였다. 본 연구의 풍동 실험 결과 값과 미국 설계기준 값이 매우 유사한 수준으로 도출되었으며, 이에 따라 유공판 항력계수에 대한 준용이 가능할 것으로 판단된다. 항력계수 설계기준의 준용에 따른 유공형 도로표지 구조물의 단면적 감소효과 분석 결과, 지주는 약 9.45%, 가로재는 6.45%의 단면적이 감소하였다. 지주와 가로재를 합친 유공형 도로표지의 전체 구조물은 약 6.45%의 단면적 감소효과가 있는 것으로 나타났다.
NbTi thin films were prepared on Si wafer and Cu substrate by rf magnetron sputtering in the range of sputtering pressure $3{\times}10^{-2}$torr to $3{\times}10^{-4}$torr at room temperature. The influence of sputtering pressure and substrate type on crystallographic orientation and morphology of NbTi thin films was investigated by using X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM), respectively. And the effect of crystallographic orientation and morphology of NbTi film on electromagnetic behaviors was estimated by measuring critical current in various applied magnetic field. The film morphology changed from porous structure consisting of tapered crystallites to densely deposited film decreasing with sputtering pressure. The change of crystallographic orientation with the sputtering pressure and rf power was calculated from the texture coefficient of(002) plane based on XRD patterns. It was found that a change of texture coefficient of(002) plane increased with decreasing sputtering pressure. From observation of critical current in various applied magnetic field, we have identified that the change of critical current abruptly decrease applying with magnetic field and NbTi film produced at high sputtering pressure does not exhibit superconductivity but at low sputtering pressure shows superconductivity.
The diffusion and partition coefficients of polyurethane foam (PUF) are estimated using a microbalance experiment and small chamber test. The microbalance is used to measure sorption/desorption kinetics and equilibrium data. When the diffusion condition is controlled in the chamber of the sample, interactions between volatile organic compounds (VOCs) and PUF can lead to the estimation of a relatively homogenous rate of mass transfer in the interiors and surfaces of PUF. The estimates of the material/air partition coefficient (K) and the material-phase diffusion coefficient (D) are shown to be independent of the concentrations of VOCs. This approach, if applied to a diffusion-controlled or physically-based model, can facilitate more precise prediction of their source/sink behavior. Although further research and more rigorous validation is needed, an emission model applied with the diffusion and partition coefficients from this research holds promise for the improvement of reliability in predicting the behavior of VOCs emitted from porous building materials by D and K.
Turbo-fan for ceiling cassette type air conditioner doesn't operate in general volute. It is operated by porous material, heat exchanger. Heat exchanger increases resistance of air conditioning system and disturbs exit-flow of impeller. Therefore it has some influences on impeller capacity. In this study, we want to how that influence of exchanger on impeller capacity for ceiling cassette type air conditioner. To research, we made circular case that didn't have asymmetric part unlike rectangular case. With and without heat exchanger we measured total pressure and static pressure of impeller and three-dimensional rear flow field From the result, a turbo fan , installed in the 35mm back of fan and operated in heat exchanger, experienced $2{\%}{\~}5{\%}$% total pressure loss over all flow rate. With heat exchanger impeller efficiency decrease as flow rate decrease when flow rate coefficient was below 0.18. Especially when flow rate coefficient was below 0.12, there was $20{\%}{\~}30{\%}$ decrease of impeller efficiency.
Sound absorbing characteristics of poroelastic materials is known to be greatly affected by high intensity acoustic waves. However, this effect has not been considered yet. In this study, the extended semilinear model based on Biot's theory for the porous materials and the characteristics of nonlinear waves in poroelastic sound absorbing materials were introduced. The expressions for the finite-amplitude acoustic plane waves were presented. By combining each nonlinear wave with appropriate matching conditions, we could investigate the effects of finite-amplitude acoustic waves on absorption characteristics of poroelastic materials. In the most ideal case considered in this paper, the absorption coefficient was found to become larger than that of linear incident waves. It was shown that the absorption coefficient became greater especially as frequency goes higher and as distance from the source goes larger. These phenomena may be inferred to result from 'dissipation effects due to nonlinearity'. This finding may have important implications for high intensity noise control.
The effect of an AlN additive on the thermoelectric properties of SiC ceramics was studied. Porous SiC ceramics with 48-54% relative density were fabricated by sintering the pressed ${\alpha}-SiC$ powder compacts with AlN at $2100-2200^{\circ}C$ for 3 h in an Ar atmosphere. In the undoped specimens, the Seebeck coefficients were positive (p-type semiconducting) possibly due to a dominant effect of the acceptor impurities (Al, Fe) contained in the starting powder. With AlN addition, the reverse phase transformation of 6H-SiC to 4H-SiC was observed during the sintering process. The electrical conductivity of the AlN doped specimen was larger than that of the undoped specimen under the same conditions, which might be due to a reverse phase trans-formation. The Seebeck coefficient of the AlN doped specimen was also larger than that of the undoped specimen. The density of specimen and the amount of addition had significant effects on the thermoelectric properties.
본 연구에서는 다공성 물질을 이용한 공기용 태양열 집열기에서 사용될 수 있는 유리덮개 및 다공성 매질의 파장에 따른 투과율(transmittance)을 UV-visible spectrophotometer및 FT-IR spectrometer을 이용하여 측정하였다. 유리의 경우에는 전자기 이론으로 유도된 투과율과 실험적 투과율을 비교하여 유리의 복소굴절율(complex refractive index)을 구하였다. 또한 분산이론(classical dispersion theory)으로부터 구한 이론적 복소굴절율과 비교하였다. 다공성 매질은 15 메쉬의 stainless steel wire screen을 여러 겹으로 겹쳐 이에 대한 투과율을 측정하였다. 그리고 two-flux모델을 사용하여 흡수계수(absorption coefficient) 및 후면산란 계수(backscattering coefficient)를 구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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