In the present study, thermo-electro-mechanical vibration characteristics of functionally graded piezoelectric (FGP) Timoshenko nanobeams subjected to in-plane thermal loads and applied electric voltage are carried out by presenting a Navier type solution for the first time. Three kinds of thermal loading, namely, uniform, linear and non-linear temperature rises through the thickness direction are considered. Thermo-electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to vary smoothly and continuously throughout the thickness based on power-law model. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanobeam. Using Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion together with corresponding boundary conditions based on Timoshenko beam theory are obtained for the free vibration analysis of graded piezoelectric nanobeams including size effect and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FGP nanobeams as compared to some cases in the literature. In following a parametric study is accompanied to examine the effects of several parameters such as various temperature distributions, external electric voltage, power-law index, nonlocal parameter and mode number on the natural frequencies of the size-dependent FGP nanobeams in detail. It is found that the small scale effect and thermo-electrical loading have a significant effect on natural frequencies of FGP nanobeams.
In this paper thermo-mechanical vibration analysis of a porous functionally graded (FG) Timoshenko beam in thermal environment with various boundary conditions are performed by employing a semi analytical differential transform method (DTM) and presenting a Navier type solution method for the first time. The temperature-dependent material properties of FG beam are supposed to vary through thickness direction of the constituents according to the power-law distribution which is modified to approximate the material properties with the porosity phases. Also the porous material properties vary through the thickness of the beam with even and uneven distribution. Two types of thermal loadings, namely, uniform and linear temperature rises through thickness direction are considered. Derivation of equations is based on the Timoshenko beam theory in order to consider the effect of both shear deformation and rotary inertia. Hamilton's principle is applied to obtain the governing differential equation of motion and boundary conditions. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of several parameters such as porosity distributions, porosity volume fraction, thermal effect, boundary conditions and power-low exponent on the natural frequencies of the FG beams in detail. It is explicitly shown that the vibration behavior of porous FG beams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve benchmarks for future analyses of FG beams with porosity phases.
Ebrahimi, Farzad;Hosseini, S. Hamed S.;Selvamani, Rajendran
Structural Engineering and Mechanics
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제73권5호
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pp.565-584
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2020
The nonlinear thermo-electro-elastic buckling behavior of viscoelastic nanoplates under magnetic field is investigated based on nonlocal elasticity theory. Employing nonlinear strain-displacement relations, the geometrical nonlinearity is modeled while governing equations are derived through Hamilton's principle and they are solved applying semi-analytical generalized differential quadrature (GDQ) method. Eringen's nonlocal elasticity theory considers the effect of small size, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nano-sensors and nano actuators. Based on Kelvin-Voigt model, the influence of the viscoelastic coefficient is also discussed. It is demonstrated that the GDQ method has high precision and computational efficiency in the buckling analysis of viscoelastic nanoplates. The good agreement between the results of this article and those available in literature validated the presented approach. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as electric voltage, small scale effects, elastomeric medium, magnetic field, temperature effects, the viscidity and aspect ratio of the nanoplate on its nonlinear buckling characteristics. It is explicitly shown that the thermo-electro-elastic nonlinear buckling behavior of viscoelastic nanoplates is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of viscoelastic nanoplates as fundamental elements in nanoelectromechanical systems.
MX80 벤토나이트 펠렛에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 파악하고자 TOUGH2-FLAC3D 시뮬레이터를 이용하여 스페인 CIEMAT에서 수행된 컬럼 시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 실험실에서 사용된 것과 동일한 히터 파워와 물 주입압을 경계조건으로 설정하고 해석을 수행하였다. 사용된 열-수리 모델이 벤토나이트 펠렛의 복합거동 예측에 적용하기 적합한지 판단하기 위해 가열과 물 주입에 의한 벤토나이트 펠렛에서의 온도와 상대습도 변화를 시간 경과에 따라 잘 예측할 수 있는 지를 살펴보았다. 계산된 결과가 계측된 온도와 상대습도 변화 경향을 적절하게 재현 할 수 있었기 때문에 사용된 열-수리 모델은 벤토나이트 펠렛의 열-수리 복합거동을 예측하고 재현하기에 적절한 것으로 판단된다. 하지만, 물 주입 이후의 계산된 응력변화가 상대적으로 작고 느리게 변화되는 것으로 보아 사용된 탄성모델과 스웰링 모델에 한계점이 존재하는 것으로 보이며, 사용된 두 역학 모델로 완충재의 복잡한 열-수리-역학적 복합거동을 현실적으로 재현하기에 부족한 것으로 판단된다.
고감도 모아레 간섭계를 이용하여 세라믹 ball grid array 패키지 결합체의 열-기계적 거동을 분석하였다. 한 온도 사이클의 선택된 몇 개의 온도 단계에서 모아레 간섭무늬를 기록하고 해석하였다. 패키지 결합체의 온도변화에 따른 전체적인 변형과 국부적인 변형거동을 정량적으로 나타내었고, 패키지의 굽힘변형과 맨 바깥쪽 솔더볼의 전단변형률에 대한 거동을 토의하였다. 높은 온도에서는 저온 융점 솔더의 응력완화로 인하여 심각한 비선형 거동이 발생되었으며. 솔더볼의 변형을 해석한 결과 높은 온도에서 저온용융 솔더부에 비탄성 변형이 축적되었음을 알 수 있었다.
Large sized marine structures are used under corrosion environment of seawater and applied by severe service loading such as an ocean current, a billow and a tempest. Marine structures are usually constructed by lots of thick wall steel pipes joining welded joints. The thickness of such as steel pipes is usually more than 40mm. The such as steels are called "Thermo-Mechanical Control Process steel (TMCP steel)" strengthened by a heat treatment in process of steel manufactures. The failure, especially crack initiation, of marine structures was starting at weld joints under service condition. Then they should be designed by basis of the fatigue strength under seawater corrosion environment of weld joints. To clarity the fatigue crack initiation behavior is important more than to clarify the crack propagation behavior on the strength design of marine structures, because it is very difficult to find out the crack initiation and propagation phenomena and then even if it will be able to find out, it is considered that the refit of the damaged parts of welded joints have a technical difficulty under the sea. Therefore, it is most important to clarify the corrosion fatigue crack initiation behavior under the seawater condition. But, there is one big difficulty to make a test for thick plate specimen, for example thicker than 40mm. Because, it is need large capacity loading apparatus to test such as thick plate specimen. In this research, the new configuration specimen for fatigue crack initiation tests was proposed. Using this new specimen, it is easy to carry out the fatigue clack initiation tests with relatively low cyclic loading and to observe a fatigue crack initiation behavior.
본 논문에서는 CNT강화 에폭시 복합재의 열기계적 거동을 예측하고 그 경향을 분석하기 위해 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 해석을 수행하였다. 에폭시 내부 CNT의 체적비율을 0~25%까지 총 6개의 모형을 구성하였다. 열적 거동을 보기 위해 300~600 K까지 일정하게 온도를 상승시켰으며, 온도와 비체적 관계를 이용하여 유리전이 온도와 열팽창 계수를 산출하였다. 또한 일정 변형도 하중을 통해 탄성 계수를 산출하여 기계적 거동을 예측하였다. 추가적으로 CNT의 표면처리에 따른 기계적 거동을 분석하였다. 질소 도핑 및 COOH, OH 그룹을 처리한 3개의 모형을 구성하였으며, 각 모형의 탄성 계수 및 경계면 거동에 대한 해석을 수행하였다. 이를 통해 에폭시 내부 CNT의 응집은 열기계적 거동에 교란을 가지고 올 수 있으며, 표면처리는 복합재의 기계적 물성뿐만 아니라 경계면 특성까지도 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
In this paper the hygro-thermo-mechanical vibration and buckling behavior of embedded FG nano-plates are investigated. The Eringen's and Gurtin-Murdoch theories are applied to study the small scale and surface effects on frequencies and critical buckling loads. The effective material properties are modeled using Mori-Tanaka homogenization scheme. On the base of RPT and HSDPT plate theories, the Hamilton's principle is employed to derive governing equations. Using iterative and GDQ methods the governing equations are solved and the influence of different parameters on natural frequencies and critical buckling loads are studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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