Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.217-220
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2003
The effective thermoelastic properties of porous metals are discussed herein after each material forming process such as hot pressing or extrusion. The voids in metal matrix are assumed to be initially spherical in shape and to be distributed randomly. Once the porous material deforms plastically due to each material forming process, the voids change their shape from a sphere to an ellipsoid and align in one direction. Since the voids are compressible in nature, the void volume fraction is assumed to be decreasing during each material forming process.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.3
no.2
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pp.179-188
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2000
Multi-disciplinary optimization design concept can provide a solution to many engineering problems. In the field of structural analysis, much development of size or topology optimization has been achieved in the application of research. This paper demonstrates an optimum design of a multi-layer cylindrical tube which behaves thermoelastically. A multi-layer cylindrical tube that has several different material properties at each layer is optimized within allowable stress and temperature range when mechanical and thermal loads are applied simultaneously. When thermal loads are applied to a multi-layer tube, stress phenomena become complicated due to each layer's thermal expansion and the layer thicknesses. Factors like temperature; stress; and material thermal thicknesses of each tube layer are very difficult undertaking. To analyze these problems using an efficient and precise method, the optimization theories are adopted to perform thermoelastic finite element analysis.
In this research, a semi-analytical solution is presented for computing mechanical displacements and thermal stresses in rotating thick cylindrical pressure vessels made of functionally graded material (FGM). The modulus of elasticity, linear thermal expansion coefficient, and density of the cylinder are assumed to change along the axial direction as a power-law function. It is also assumed that Poisson's ratio and thermal conductivity are constant. This cylinder was subjected to non-uniform internal pressure and thermal loading. Thermal loading varies in two directions. The governing equations are derived by the first-order shear deformation theory (FSDT). Using the multilayer method, a functionally graded (FG) cylinder with variable thickness is divided into n homogenous disks, and n sets of differential equations are obtained. Applying the boundary conditions and continuity conditions between the layers, the solution of this set of equations is obtained. To the best of the researchers' knowledge, in the literature, there is no study carried out bi-directional thermoelastic analysis of clamped-clamped rotating FGM thick-walled cylindrical pressure vessels under variable pressure in the longitudinal direction.
Kim, Seok-Chan;Go, Jae-Gwi;Jung, Yeon-Gil;Paik, Un-Gyu
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.15
no.3
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pp.223-231
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2011
During spray coating, especially in an air plasma spray (APS), pores, cracks, and splat boundaries are developed and those factors exert influence on thermomechanical properties such as elastic modulus, thermal conductivity, and coefficient of thermal expansion. Moreover, the thermo mechanical properties are crucial elements to determine the thermoelastic characteristics, for instance, temperature distribution, displacements, and stresses. Two types of thermal barrier coating (TBC) model, the dense and porous microstructures, are taken into account for the analysis of microstructural characterizations. $TriplexPro^{TM}$-200 system was applied to prepare TBC samples, and the METECO 204 C-NS powder is adopted for the relatively porous microstructure and METECO 204 NS powder for the dense microstructure in the top coat of TBCs. Governing partial differential equations were derived based on the thermoelastic theory and approximate estimates for the thermoelastic characteristics were obtained using a finite volume method for the governing equations.
In automotive disc brake system, friction heat is not uniformly distributed due to various reasons such as thermal expansion and imperfections in geometry. It is well known that thermoelastic distortion due to fictional heating affects the contact pressure distribution and can lead to thermoelastic instability, where the contact load is concentrated in one or more small regions on the brake disc surface. These regions then take very high temperatures and passage of hot spots moving under the brake pads can cause low frequency vibration called brake judder. This paper presents the FEM(finite element method) result for the temperature distribution of ventilated disc brake. A steady state two-dimensional model of disc brake system predicts the surface temperatures during a multi-stop driving schedule.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.15
no.2
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pp.9-17
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2007
A Green's function approach based on the laminate theory is adopted for solving the two-dimensional unsteady temperature field and the associated thermal stresses in an infinite plate made of functionally graded material (FGM). All material properties are assumed to depend only on the coordinate x (perpendicular to the surface). The unsteady heat conduction equation is formulated into an eigenvalue problem by making use of the eigenfunction expansion theory and the laminate theory. The eigenvalues and the corresponding eigenfunctions obtained by solving an eigenvalue problem for each layer constitute the Green's function solution for analyzing the two-dimensional unsteady temperature. The associated thermoelastic field is analyzed by making use of the thermal stress function. Numerical analysis for a FGM plate is carried out and effects of material properties on unsteady thermoelastic behaviors are discussed.
Microbump formation during CO$_2$ laser texturing of glass substrates is examined in this paper. Experimental results show that different bump shapes (dome-shaped, with a central dimple, and with a peripheral rim) are generated depending on the laser fluence. A theoretical model for the process is suggested based on thermoelastic behavior but limited only to the dome-shaped bump. The dimensions (maximum height and base area) of the bump shows a logarithmic dependence on laser fluence as expected from the theory. Numerical computation reveals that the effect of thermal diffusion is not negligible for relatively long laser pulses.
Bouchafa, Ali;Bouiadjra, Mohamed Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.18
no.6
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pp.1493-1515
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2015
A new refined hyperbolic shear deformation theory (RHSDT), which involves only four unknown functions as against five in case of other shear deformation theories, is presented for the thermoelastic bending analysis of functionally graded sandwich plates. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. The sandwich plate faces are assumed to have isotropic, two-constituent material distribution through the thickness, and the modulus of elasticity, Poisson's ratio of the faces, and thermal expansion coefficients are assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. Several kinds of sandwich plates are used taking into account the symmetry of the plate and the thickness of each layer. The influences played by the transverse shear deformation, thermal load, plate aspect ratio and volume fraction distribution are studied. Numerical results for deflections and stresses of functionally graded metal-ceramic plates are investigated. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the thermoelastic bending behavior of functionally graded plates.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.7
no.1
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pp.37-52
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1990
In this study, the characteristics of cooling and rolling during strip casting process is obtained in comparison with the experimental and analytical results. The prupose of this study is to effectively analyze the thermal and mechanical deformation of roller applying the results of the heat transfer and the pressure distribution to boundary conditions. And then the relation between strip thickness and roll deformation is shown. The second purpose is to obtain the proper condition of the continuous casting for stainless steel. The summary and conclusions can be made on the basis of the results obtained by the theories and experiments. a) The strip casting condition for the fine surface quality of tin-alloy as-cast material was obtained in accordance with the velocity of roll rotation and initial roll gap. b) The experimental condition that the dimension of the cast strip thickness coincide with that of the initial roll gap was according to the experimental result of continuous casting by twin-roll type. c) The thermoelastic finite element model to calculate the roll deformation is represented. Thermoelastic model prediction for the roll deformation are in good agreement with the experimental results considering the thermal expansion of the roll. d) The higher cooling rates were obtained by a twin-roller quenching technique. Also quenched microstructure of the rapidly solidified shell was verified. e) The magnitude of roll deformation due to the thermal expansion and roll separating force is quantit- atively represented in the analysis of continuous casting for stainless steel.
A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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