Design of piezoelectric energy harvester for a wide operating frequency range is a challenging problem and is currently being investigated by many researchers. Widening the operating frequency is required, as the energy is harvested from ambient source of vibration which consists of spectrum of frequency. This paper presents a new technique to increase the operating frequency range which is achieved by designing a harvester featured by a propped cantilever beam with variable over hang length. The proposed piezoelectric energy harvester is modeled analytically using Euler Bernoulli beam theory and the effectiveness of the harvester is demonstrated through experimentation. The results from analytical model and from experimentation reveal that the proposed energy harvester generates an open circuit output voltage ranging from 36.43 V to 11.94 V for the frequency range of 27.24 Hz to 48.47 Hz. The proposed harvester produces continuously varying output voltage and power in the broadened operating frequency range.
The technique of proper orthogonal decomposition is potentially useful in specifying the fluctuating surface pressure field around structures. However there has been a degree of controversy over whether or not the calculated modes have physical meanings. This paper addresses this issue through consideration of the results of full scale experiments, and through an analytical investigation. It is concluded that the lower, most energetic modes are likely to reflect different fluctuating flow mechanisms, although no mode is likely to be associated with just one flow mechanism or vice versa. The higher, less energetic modes are likely to represent interactions between different flow mechanisms, and to be significantly affected by the number of measurement points and measurement errors. The paper concludes with a brief description of the application of POD to the problem of building ventilation, and the calculation of cladding pressures.
Cotton fabrics were treated with 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid(BTCA) to impart durable press performance, which is formaldehyde-free DP finishing reagent. The pore structures of BTCA treated cottons were compared using a reverse gel permeation chromatographic technique(reverse GPC). A series consisting 4 kinds of water soluble sugars was used to study the elution characteristics of columns prepared from cotton fibers. From these data, differences in pore size distribution in the control and BTCA treated cottons were distinguished. BTCA crosslinks cellulose molecules provided wrinkle resistance to the treated cotton fabrics through ester linkages. Although crosslinking of cotton with BTCA reduced accessible internal volume across the entire range of pore size, differences in line pores were larger than in small pores. BTCA treated cotton exhibited reductions over 40% in large pore sizes.
Nanowires (NWs) have attracted intensive researches owing to the broad applications that arise from their remarkable properties. Over the last decade, immense numerical studies have been conducted for the numerical investigation of mechanical properties of NWs. Among these numerical simulations, the molecular dynamics (MD) plays a key role. Herein we present a brief review on the current state of the MD investigation of nanowires. Emphasis will be placed on the FCC metal NWs, especially the Cu NWs. MD investigations of perfect NWs' mechanical properties under different deformation conditions including tension, compression, torsion and bending are firstly revisited. Following in succession, the studies for defected NWs including the defects of twin boundaries (TBs) and pre-existing defects are discussed. The different deformation mechanism incurred by the presentation of defects is explored and discussed. This review reveals that the numerical simulation is an important tool to investigate the properties of NWs. However, the substantial gaps between the experimental measurements and MD results suggest the urgent need of multi-scale simulation technique.
The problem of reconstruction of complete building response from a limited number of response measurements is considered. The response at the intermediate degrees of freedom is reconstructed by using piecewise cubic Hermite polynomial interpolation in time domain. The piecewise cubic Hermite polynomial interpolation is preferred over the spline interpolation due to its trend preserving character. It has been shown that factorization of response data in variable separable form via singular value decomposition can be used to derive the complete set of normal modes of the structural system. The time domain principal components can be used to derive empirical transfer functions from which the natural frequencies of the structural system can be identified by peak-picking technique. A reduced-rank approximation for the system flexibility matrix can be readily constructed from the identified mass-orthonormal mode shapes and natural frequencies.
Rukavina, Ivan;Ibrahimbegovic, Adnan;Do, Xuan Nam;Markovic, Damijan
Coupled systems mechanics
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제8권2호
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pp.111-127
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2019
In this paper, we present a 2D multi-scale coupling computation procedure for localized failure. When modeling the behavior of a structure by a multi-scale method, the macro-scale is used to describe the homogenized response of the structure, and the micro-scale to describe the details of the behavior on the smaller scale of the material where some inelastic mechanisms, like damage or plasticity, can be defined. The micro-scale mesh is defined for each multi-scale element in a way to fit entirely inside it. The two scales are coupled by imposing the constraint on the displacement field over their interface. An embedded discontinuity is implemented in the macro-scale element to capture the softening behavior happening on the micro-scale. The computation is performed using the operator split solution procedure on both scales.
Traditional damage detection methods for nonlinear structures are often based on simplified models, such as the mass-spring-damper and shear-building models, which are insufficient for predicting the vibration responses of a real structure. Conventional global nonlinear finite element model updating methods are computationally intensive and time consuming. Thus, they cannot be applied to practical structures. A decentralized approach for identifying the nonlinear material parameters is proposed in this study. With this technique, a structure is divided into several small zones on the basis of its structural configuration. The unknown material parameters and measured vibration responses are then divided into several subsets accordingly. The structural parameters of each subset are then updated using the vibration responses of the subset with the Newton-successive-over-relaxation (SOR) method. A reinforced concrete and steel frame structure subjected to earthquake loading is used to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method. The parameters in the material constitutive model, such as compressive strength, initial tangent stiffness and yielding stress, are identified accurately and efficiently compared with the global nonlinear model updating approach.
Exhausting oil resources and increasing pollution around the world are forcing researchers to look for new, renewable, biodegradable materials to lead sustainable development. The use of fiber reinforced composites based on natural fibres has increasingly begun as prospective materials for various engineering applications in the automotive, rail, construction and aerospace industries. The natural fiber chosen to make the composite material is plant-based fibre, e.g. jute fibre, and hemp fibre. Thermosetting polymer based Epoxy (LY556) was utilized as matrix material and The composites were produced using hand lay-up technique. The fabricated composites were tested for acoustic testing, thermo-gravimetric analysis (TGA) and flammability testing to asses sound absorption, thermal decomposition and fire resistivity of the structures. Hemp fibre composites have shown improved thermal stability over Jute fibre composites. However, the fire resistance characteristics of jute fibre composites are better as compared to hemp fibre composites. The sound absorption coefficient of composites was found to enhance with the increase of frequency.
This paper presents calibration of flush air data sensing systems during ascent period of a satellite launch vehicle. Aerodynamic results are numerically computed by solving three-dimensional time dependent compressible Euler equations over a payload shroud of a satellite launch vehicle. The flush air data system consists of four pressure ports flushed on a blunt-cone section of the payload shroud and connected to on board differential pressure transducers. The inverse algorithm uses calibration charts which are based on computed and measured data. A controlled random search method coupled with neural network technique is employed to estimate pitch and yaw angles from measured transient differential pressure history. The algorithm predicts the flow direction stepwise with the function of flight Mach numbers and can be termed as an online method. Flow direction of the launch vehicle is compared with the reconstructed trajectory data. The estimated values of the flow direction are in good agreement with them.
Selvamani Rajendran;Rubine Loganathan;Murat Yaylaci;Ecren Uzun Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir
Advances in nano research
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제16권5호
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pp.489-500
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2024
This paper studies the free vibration analysis of the piezo-magneto-thermo-elastic FG nanobeam submerged in a fluid environment. The problem governed by the partial differential equations is determined by refined higher-order State Space Strain Gradient Theory (SSSGT). Hamilton's principle is applied to discretize the differential equation and transform it into a coupled Euler-Lagrange equation. Furthermore, the equations are solved analytically using Navier's solution technique to form stiffness, damping, and mass matrices. Also, the effects of nonlocal ceramic and metal parts over various parameters such as temperature, Magnetic potential and electric voltage on the free vibration are interpreted graphically. A comparison with existing published findings is performed to showcase the precision of the results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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