In this paper, we considered the deformation shape of the soft rotation actuator as a double curvature shell and proceeded with the analytical development. Since the response of the hyperelastic material has a large nonlinear deformation, the analytical approach is very complicated and the solution cannot be easily obtained. it is assumed that the behavior of the flexible body, which is a superelastic material, takes the form of a double curvature shell, and the formulas for calculating the deformation are simplified. In this process, equilibrium equations in the related coordinate system representing a double curvature shell were derived. In addition, assuming a thin shell, the stress component in the thickness direction was ignored, and the equation was developed by adding the assumption of free rotation without load. In order to verify the analytically calculated value in this way, an experiment was conducted and the results were compared.
Mohammad Mashhour;Mohammad Reza Barati;Hossein Shahverdi
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.611-619
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2023
In the present work, the flutter characteristics of porous nanocomposite cylindrical shells, reinforced with graphene platelets (GPLs) in supersonic airflow, have been investigated. Different distributions for GPLs and porosities have been considered which are named uniform and non-uniform distributions thorough the shell's thickness. The effective material properties have been determined via Halpin-Tsai micromechanical model. The cylindrical shell formulation considering supersonic airflow has been developed in the context of first-order shell and first-order piston theories. The governing equations have been solved using Galerkin's method to find the frequency-pressure plots. It will be seen that the flutter points of the shell are dependent on the both amount and distribution of porosities and GPLs and also shell geometrical parameters.
Fujie, Wataru;Taguchi, Miki;Kang, Lan;Ge, Hanbin;Xu, Bin
Steel and Composite Structures
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v.36
no.4
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pp.463-480
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2020
Although detailed shell analysis is suitable to predict the ductile crack initiation life of steel members, such detailed method adds time expense and complexity. In order to simply predict the ductile crack initiation life of stiffened steel bridge piers, a total of 33 cases are simulated to carry out the parametric analyses. In the analysis, the effects of the width-to-thickness ratio, slenderness ratio, plate thickness and so on are considered. Both shell analyses and beam analyses about these 33 cases are conducted. The plastic strain and damage index obtained from shell and beam analyses are compared. The modified factor βs is determined based on the predicted results obtained from both shell and beam analyses in order to simulate the strain concentration at the base corner of the steel bridge piers. Finally, three experimental results are employed to verify the validity of the proposed method in this study.
Vibration analysis of embedded functionally graded (FG)-carbon nanotubes (CNT)-reinforced piezoelectric cylindrical shell subjected to uniform and non-uniform temperature distributions are presented. The structure is subjected to an applied voltage in thickness direction which operates in control of vibration behavior of system. The CNT reinforcement is either uniformly distributed or functionally graded (FG) along the thickness direction indicated with FGV, FGO and FGX. Effective properties of nano-composite structure are estimated through Mixture low. The surrounding elastic foundation is simulated with spring and shear constants. The material properties of shell and elastic medium constants are assumed temperature-dependent. The motion equations are derived using Hamilton's principle applying first order shear deformation theory (FSDT). Based on differential cubature (DC) method, the frequency of nano-composite structure is obtained for different boundary conditions. A detailed parametric study is conducted to elucidate the influences of external applied voltage, elastic medium type, temperature distribution type, boundary conditions, volume percent and distribution type of CNT are shown on the frequency of system. In addition, the mode shapes of shell for the first and second modes are presented for different boundary conditions. Numerical results indicate that applying negative voltage yields to higher frequency. In addition, FGX distribution of CNT is better than other considered cases.
The buckling equations of filament wound composite cylindrical shell are established. The coefficients $K_{ij}$ and $L_{ij}$ of the buckling equations are determined by solving the equations. The geometric analysis and the effective stiffness calculation for the fiber crossover and undulation region are respectively accomplished. Using the effective stiffness of the undulation region, the specific formulas of the coefficients ${K^{\prime}}_{ij}$ and ${L^{\prime}}_{ij}$ of the buckling equations are determined. Numerical examples of the buckling critical loads have been performed for the different winding angles and stacking sequences cylindrical shell designs. It can be concluded that the fiber undulation results in the less effect on the buckling critical loads $P_{cr}$. $P_{cr}$ increases with the thickness-radius ratio. The effect on $P_{cr}$ due to the fiber undulation is more obvious with the thickness-radius ratio. $P_{cr}$ decreases with the length-radius ratio. The effect on $P_{cr}$ due to the fiber undulation can be neglected when the ratio is large.
Mohamed A. Eltaher;A.A. Daikh;Amin Hamdi;Gamal S. Abdelhaffez; Azza M. Abdraboh
Advances in nano research
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v.17
no.4
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pp.335-350
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2024
This paper investigates the mechanical behavior of a new type of functionally graded graphene-reinforced nanocomposite (FG-GRNC) doubly-curved laminated shells, referred to as cosine FG-GRNC. The study employs a refined higher-order shear deformation shell theory combined with a modified continuum nonlocal strain gradient theory. The effective Young's modulus of the GRNC shell in the thickness direction is determined using the modified Halpin-Tsai model, while Poisson's ratio and mass density are calculated using the rule of mixtures. The analysis includes two graphene-reinforced distribution patterns-FG-A CNRCs and FG-B CNRCs-along with uniform UD CNRCs. An enhanced Galerkin method is used to solve the governing equilibrium equations for the GRNC nanoshell, yielding closed-form solutions for bending deflection and critical buckling loads. The nanoshell is supported by an orthotropic elastic foundation characterized by three parameters. A detailed parametric analysis is performed to evaluate how factors such as the length scale parameter, nonlocal parameter, distribution pattern, GPL weight fraction, shell thickness, and shell geometry influence deflections and critical buckling loads.
Kim, Jae-Chun;Jeon, Young-Bae;You Park, Hae-Na;Kim, Ji-Hoo;Kim, Myeong Woo
Elastomers and Composites
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v.53
no.3
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pp.136-140
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2018
In this study, research was conducted into the manufacture of thermally expandable microspheres for automotive underbody coatings and applications in industry. In particular, the relationship between heat resistance and the ratio of crosslinking agents and initiators in the manufacture of the thermally expandable microspheres was investigated. We focused on the results with various cross-linking agents; our aim was to make the walls of the microspheres thicker to solve the problem of reductions in size caused by shrinkage when the microspheres are heated to $T_m$ ($T_{max}$). We observed the sectional thickness and surface of the samples with thicker walls. The thick thermally expandable microspheres showed reduced shrinkage and excellent stability in spite of prolonged exposure to heat.
The numerical thermal frequency responses of the skew sandwich shell panels structure are investigated via a higher-order polynomial shear deformation theory including the thickness stretching effect. A customized MATLAB code is developed using the current mathematical model for the computational purpose. The finite element solution accuracy and consistency have been checked via solving different kinds of numerical benchmark examples taken from the literature. After confirming the standardization of the model, it is further extended to show the effect of different important geometrical parameters such as span-to-thickness ratios, aspect ratios, curvature ratios, core-to-face thickness ratios, skew angles, and support conditions on the frequencies of the sandwich composite flat/curved panel structure under elevated temperature environment.
In this study, effect of core-shell structure on compaction behavior of harmonic powder is investigated. Harmonic powders are made by electroless plating method on Fe powders. Softer Cu shell encloses harder Fe core, and the average size of Fe core and thickness of Cu shell are $34.3{\mu}m$ and $3.2{\mu}m$, respectively. The powder compaction procedure is processed with pressure of 600 MPa in a cylindrical die. Due to the low strength of Cu shell regions, the harmonic powders show better densification behavior compared with pure Fe powders. Finite element method (FEM) is performed to understand the roll of core-shell structure. Based on stress and strain distributions of FEM results, it is concluded that the early stage of powder compaction of harmonic powders mainly occurs at the shell region. FEM results also well predict porosity of compacted materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1748-1755
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2001
The shell and tube heat exchangers were introduced to apply to a big capacity condenser and a high pressure feed water heater for power plant in the beginning of 1990s. Design and manufacturing technology fur shell and tube heat exchangers have been developed until now. But it is very difficult to calculate the expected performance characteristics of the shell and tube heat exchanger, because there are many design parameters to be considered according to internal structure and the shell side heat transfer mechanism complicately related to the design parameters. Design parameters to be considered in the design stage of shell and tube heat exchanger are shell and tube side fluids, flow rate, inlet and outlet temperature, physical properties, type of heat exchanger, outer diameter, thickness, length of tube, tube arrangement, tube pitch, permissive pressure loss on both sides, type of baffle plate, baffle cutting ratio. The propose of study is an analysis TEMA(Tubular Exchanger Manufacturers Association) E shell and tube heat exchanger performance with changing a number of baffles(3, 5, 7, 9, 11) and tubes(16, 20) and determined optimal baffle spacing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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