The present investigation is concerned with the effect of two temperatures on functionally graded (FG) nanobeams subjected to sinusoidal pulse heating sources. Material properties of the nanobeam are assumed to be graded in the thickness direction according to a novel exponential distribution law in terms of the volume fractions of the metal and ceramic constituents. The upper surface of the FG nanobeam is fully ceramic whereas the lower surface is fully metal. The generalized two-temperature nonlocal theory of thermoelasticity in the context of Lord and Shulman's (LS) model is used to solve this problem. The governing equations are solved in the Laplace transformation domain. The inversion of the Laplace transformation is computed numerically using a method based on Fourier series expansion technique. Some comparisons have been shown to estimate the effects of the nonlocal parameter, the temperature discrepancy and the pulse width of the sinusoidal pulse. Additional results across the thickness of the nanobeam are presented graphically.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.3
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pp.145-152
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2001
Low Rayleigh number thermal convection in a fluid layer confined between two-infinite horizontal walls kept at spatially sinusoidal temperature distributions, T_L=T_m+\Delta T\sin \kappax,\;T_U=T_m+\Delta T\sin(\kappax-\beta)$, is theoretically investigated by a regular perturbation expansion method. For small wave numbers, an upright cell is formed between the two walls at $\beta$=0. The cell is tilted, as the phase difference increases, and a flow with tow counter-rotating eddies occurs at $\beta=\pi$. when the wave number is large, isolated eddies are formed near the lower and upper walls, for all the phase differences. There exists a wave number at which maximum heat transfer rate at the walls occurs, at each of the phase differences. And the wave number increases with increase of the phase difference. for a fixed wave number, the heat transfer rate decrease with increase of the phase difference.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.3208-3216
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1993
Heat transfer characteristics of the laminar oscillating flow in a circular pipe have been studied under the condition that the wall temperature of the pipe is distributed sinusoidally with the axial direction. The axial velocity was assumed to be uniform in radial direction and the temperature field was analyzed by means of the perturbation method. The results show that the difference between wall and section-time-averaged fluid temperature increases as the oscillating frequency increases and eventually converges to a constant value which is determined by the ratio of swept distance to the characteristic length of wall temperature distribution. Also it is shown that the dominant variable in the heat transfer process when swept distance ratio is greater than 1 is not thermal Womersley number(F) but thermal Womersley number multiplied by the square root of swept distance ratio. The variation of the time-averaged Nusselt number is obtained as a function of F. The results indicate that Nusselt number is proportional to $F_{\epsilon}^{1/2}$ when both of F and .epsilon. are much greater than 1.
Nonlinear behavior of functionally graded material (FGM) plates under thermal loads is investigated here using an efficient sinusoidal shear deformation theory. The displacement field is chosen based on assumptions that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, and the shear components of in-plane displacements give rise to the sinusoidal distribution of transverse shear stress through the thickness in such a way that shear stresses vanish on the plate surfaces. Therefore, there is no need to use shear correction factor. Unlike the conventional sinusoidal shear deformation theory, the proposed efficient sinusoidal shear deformation theory contains only four unknowns. The material is graded in the thickness direction and a simple power law based on the rule of mixture is used to estimate the effective material properties. The neutral surface position for such FGM plates is determined and the sinusoidal shear deformation theory based on exact neutral surface position is employed here. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface-based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded plates based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. The non-linear strain-displacement relations are also taken into consideration. The thermal loads are assumed as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Closed-form solutions are presented to calculate the critical buckling temperature, which are useful for engineers in design. Numerical results are presented for the present efficient sinusoidal shear deformation theory, demonstrating its importance and accuracy in comparison to other theories.
Laoufi, Imene;Ameur, Mohammed;Zidi, Mohamed;Bedia, El Abbes Adda;Bousahla, Abdelmoumen Anis
Steel and Composite Structures
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v.20
no.4
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pp.889-911
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2016
Using the hyperbolic shear deformation plate model and including plate-foundation interaction (Winkler and Pasternak model), an analytical method in order to determine the deflection and stress distributions in simply supported rectangular functionally graded plates (FGP) subjected to a sinusoidal load, a temperature and moisture fields. The present theory exactly satisfies stress boundary conditions on the top and the bottom of the plate. No transversal shear correction factors are needed because a correct representation of the transversal shearing strain is given. Materials properties of the plate (elastic, thermal and moisture expansion coefficients) are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Numerical examples are presented and discussed for verifying the accuracy of the present theory in predicting the bending response of FGM plates under sinusoidal load and a temperature field as well as moisture concentration. The effects of material properties, temperature, moisture, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio, ratio of elastic coefficients (ceramic-metal) and three distributions for both temperature and moisture on deflections and stresses are investigated.
The change of the vorticity and the temperature distribution in heat exchanger tube bank were analyzed for the flows with the constant inlet velocity and the sinusoidal inlet velocity. The flow frequency characteristics were examined by analyzing power spectral density of lift and drag at a typical circular tube in the tube bank. Karman vortex street could be seen at the upstream region of tube bank for the case of constant inlet velocity. It could be seen that the Karman vortex street was affected by the change of inlet velocity near the circular tubes for the case with the sinusoidal inlet velocity. It was observed that the unsteady temperature distributions for both inlet velocity conditions had almost the same motion as the flow vorticity behavior. The flow frequency for the case with the constant inlet velocity is 37.25Hz, and that with the sinusoidal inlet velocity, the flow frequency is 18.63Hz, which is equal to the sinusoidal inlet velocity. The mean surface Nusselt number(Nu) for overall heat exchanger tube bank was 1051 for the case with the constant inlet velocity and 1117 for the case with the sinusoidal inlet velocity. From the result of heat transfer analysis, it could be seen that Nu with the sinusoidal inlet velocity showed 6.3% increase than that with the constant inlet velocity.
This research deals with the nonlocal temperature-dependent dynamic buckling analysis of embedded sandwich micro plates reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs). The material properties of structure are assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. The effective material properties of structure are considered based on mixture rule. The elastic medium is simulated by orthotropic visco-Pasternak medium. The motion equations are derived applying Sinusoidal shear deformation theory (SSDT) in which the size effects are considered using Eringen's nonlocal theory. The differential quadrature (DQ) method in conjunction with the Bolotin's methods is applied for calculating resonance frequency and dynamic instability region (DIR) of structure. The effects of different parameters such as volume percent of CNTs, distribution type of CNTs, temperature, nonlocal parameter and structural damping on the dynamic instability of visco-system are shown. The results are compared with other published works in the literature. Results indicate that the CNTs have an important role in dynamic stability of structure and FGX distribution type is the better choice.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.9
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pp.2953-2964
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1996
Heat Transfer with periodic fluctuation of fluid temperature caused by oscillatory flow or compression expansion can be out of phase with balk fluid-wall temperature difference. Newton's law of convection is inadequate to describe this phenomenon. In order to solve this problem the concept of the complex Nusselt number has been introduced by severla researchers. The complex Nusselt number expresses out of phase excellently while the first harmonic is dominant in the variations of both fluid-wall temperature difference and heat flux. However, in the case of oscillatory flow with non-linear wall temperature distribution, the complex Nusselt number is not appropriate to predict the heat transfer phenomena since the higher order harmonic components appear in periodic temperature variation. Analytic solutions to the heat transfer with an sinusoidal well temperature distribution were obtained to investagate the effect of non-linear wall temperature distribution. A new formula considering the thermal boundary layer was suggested based on the solutions. A comparison was also made with the complex Nusselt number. It was verified that the new formula describes well the heat transfer of oscillating flow even if the first harmonic component is not dominant in the fluid-wall temperature difference.
This study aimed to presents a simple analytical approach to investigate the thermal buckling behavior of thick functionally graded sandwich by employing both the sinusoidal shear deformation theory and stress function. The material properties of the sandwich plate faces are continuously varied within the plate thickness according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are considered as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Numerical examples are presented to prove the effect of power law index, loading type and functionally graded layers thickness on the thermal buckling response of thick functionally graded sandwich.
Tebboune, Wafa;Benrahou, Kouider Halim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.18
no.2
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pp.443-465
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2015
In this paper, an efficient and simple trigonometric shear deformation theory is presented for thermal buckling analysis of functionally graded plates. It is assumed that the plate is in contact with elastic foundation during deformation. The theory accounts for sinusoidal distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. Unlike the conventional trigonometric shear deformation theory, the proposed sinusoidal shear deformation theory contains only four unknowns. It is assumed that the mechanical and thermal non-homogeneous properties of functionally graded plate vary smoothly by distribution of power law across the plate thickness. Using the non-linear strain-displacement relations, the equilibrium and stability equations of plates made of functionally graded materials are derived. The boundary conditions for the plate are assumed to be simply supported on all edges. The elastic foundation is modelled by two-parameters Pasternak model, which is obtained by adding a shear layer to the Winkler model. The effects of thermal loading types and variations of power of functionally graded material, aspect ratio, and thickness ratio on the critical buckling temperature of functionally graded plates are investigated and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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