In this paper, the deflection and buckling analyses of porous nano-composite piezoelectric plate reinforced by carbon nanotube (CNT) are studied. The equations of equilibrium using energy method are derived from principle of minimum total potential energy. In the research, the non-local strain gradient theory is employed to consider size dependent effect for porous nanocomposite piezoelectric plate. The effects of material length scale parameter, Eringen's nonlocal parameter, porosity coefficient and aspect ratio on the deflection and critical buckling load are investigated. The results indicate that the effect of porosity coefficient on the increase of the deflection and critical buckling load is greatly higher than the other parameters effect, and size effect including nonlocal parameter and the material length scale parameter have a lower effect on the deflection increase with respect to the porosity coefficient, respectively and vice versa for critical buckling load. Porous nanocomposites are used in various engineering fields such as aerospace, medical industries and water refinery.
Kang Tae-June;Kim Dong-Iel;Huh Yong-Hak;Kim Yong-Hyup
Composites Research
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v.19
no.3
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pp.23-28
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2006
Carbon nanotubes reinforced copper matrix laminated nanocomposites were developed and the mechanical properties were evaluated by using micro-tensile testing system. Sandwich-type laminated structure constituted with carbon nanotube layers as a reinforcement and electroplated copper matrix were fabricated by a new processing approach based on selective dip-coating of carbon nanotubes. The mechanical properties of nanocomposites were improved due to an enhanced load sharing capacity of carbon nanotubes homogeneously distributed within the in-plane direction, as well as a bridging effect of carbon nanotubes along the out-of-plane direction between the upper and lower matrices. The universality of the layering approach is applicable to a wide range of functional materials, and here we demonstrate its potential use in reinforcing composite materials.
Mohammed Houssem Eddine Guerine;Zakaria Belabed;Abdelouahed Tounsi;Sherain M.Y. Mohamed;Saad Althobaiti;Mahmoud M. Selim
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.1
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pp.1-23
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2024
This paper formulates a new integral shear deformation shell theory to investigate the free vibration response of carbon nanotube (CNT) reinforced structures with only four independent variables, unlike existing shell theories, which invariably and implicitly induce a host of unknowns. This approach guarantees traction-free boundary conditions without shear correction factors, using a non-polynomial hyperbolic warping function for transverse shear deformation and stress. By introducing undetermined integral terms, it will be possible to derive the motion equations with a low order of differentiation, which can facilitate a closed-form solution in conjunction with Navier's procedure. The mechanical properties of the CNT reinforcements are modeled to vary smoothly and gradually through the thickness coordinate, exhibiting different distribution patterns. A comparison study is performed to prove the efficacy of the formulated shell theory via obtained results from existing literature. Further numerical investigations are current and comprehensive in detailing the effects of CNT distribution patterns, volume fractions, and geometrical configurations on the fundamental frequencies of CNT-reinforced nanocomposite shells present here. The current shell theory is assumed to serve as a potent conceptual framework for designing reinforced structures and assessing their mechanical behavior.
Kook, J.H.;Kwak, S.K.;Kim, M.J.;Yang, J.S.;Park, D.H.;Nah, C.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.11a
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pp.164-165
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2006
Carbon nanotube(CNT)-reinforced poly(ethylene-co-ethyl acrylate)(EEA) nanocomposites were prepared by melt mixing with a Haake internal mixer. The CNT loading was vaned from 0 to 20 wt%. The changes m CNT dispersion and shape were investigated with FE-SEM observation with and without the Tensile strain of 40%. The CNT was protruded over the fracture surface upon Tensile strain, which is a very interesting behavior.
Zhang, Yuan Yuan;Wang, Yu X.;Zhang, Xin;Shen, Huo M.;She, Gui-Lin
Steel and Composite Structures
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v.38
no.3
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pp.293-304
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2021
The aim of this paper is to analyze the nonlinear bending of functionally graded (FG) curved nanobeams reinforced by carbon nanotubes (CNTs) in thermal environment. Chen-Yao's surface elastic theory and geometric nonlinearity are also considered. The nanobeams are subjected to uniform loadings and placed on three-parameter substrates. The Euler-Lagrange equations are employed to deduce the equations of equilibrium. Then, the asymptotic solutions and boundary value problems are analytically determined by utilizing the two-step perturbation technique. Finally, the effects of the surface parameters, geometric factors, foundation stiffness, volume fraction, thermal effects and layout type of CNTs on the nonlinear bending of the nanobeams are discussed.
A series of molecular dynamic (MD), finite element (FE) and ab initio simulations are carried out to establish suitable modeling schemes for the continuum-based analysis of aluminum matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes (CNTs). From a comparison of the MD with FE models and inferences based on bond structures and electron distributions, we propose that the effective thickness of a CNT wall for its continuum representation should be related to the graphitic inter-planar spacing of 3.4${\AA}$. We also show that shell element representation of a CNT structure in the FE models properly simulated the carbon-carbon covalent bonding and long-range interactions in terms of the load-displacement behaviors. Estimation of the effective interfacial elastic properties by ab initio simulations showed that the in-plane interfacial bond strength is negligibly weaker than the normal counterpart due to the nature of the weak secondary bonding at the CNT-Al interface. Therefore, we suggest that a third-phase solid element representation of the CNT-Al interface in nanocomposites is not physically meaningful and that spring or bar element representation of the weak interfacial bonding would be more appropriate as in the cases of polymer matrix counterparts. The possibility of treating the interface as a simply contacted phase boundary is also discussed.
What is desirable in engineering is to bring the engineering model as close to reality as possible while the simplicity of model is also considered. In recent years, several studies have been performed on nanocomposites but some of these studies are somewhat far from reality. For example, in many of these studies, the carbon nanotubes (CNTs) are assumed completely straight, flawless and uniformly distributed throughout the matrix but by studying nanocomposites, we find that this is not the case. In this paper, three steps have been taken to bring the presented models for nanocomposites closer to reality. One is that assuming the straightness of nanotubes is removed and the waviness is considered. Also, the nanotubes are not considered to be pristine and the influence of defect is included in accordance with reality. In addition, the approximation of uniform distribution of nanotubes is ignored and according to experimental observations, the effect of nanotube aggregation is considered. As far as we know, this is the first study on these three topics together in an article. Moreover, we also include the size effects in our models for nanocomposites. To show the accuracy of our models, our results are calibrated with experimental results and compared with theoretical model. For numerical examples, we present the buckling behaviors of nanocomposites including the size effects using nonlocal theory and compare the results of our models with the results of models with above-mentioned approximations.
The effects of acid-treated MWCNT and coupling agent on properties of MWCNT/SBR are investigated in this work. The MWCNTs oxidized using sulfuric and nitric acids were analyzed by the Raman scattering and Fourier transformed infrared spectroscopy(FT-IR). The FT-IR results indicate the presence of -COOH groups in the treated samples, and Raman spectroscopy of the acidtreated MWCNTs further corroborates the formation of surface defect due to the introduction of carboxyl groups. And the nanocomposites reinforced with MWCNTs were characterized extensively using the scanning electron microscopy(SEM), electrical conductivity, thermal conductivity, and tensile properties measurements. The results showed that nanocomposites onto acid-treated MWCNTs enhanced mechanical properties compared to those containing MWCNTs without acid treatment. These findings confirmed the improved interfacial interactions between MWCNTs and SBR arising from the coupling agents. But the electrical and thermal conductivity of nanocomposites decreased due to the chopping and formation of surface defects of MWCNTs.
This work presents a non-linear cylindrical bending analysis of functionally graded plate reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in thermal environment using a simple integral higher-order shear deformation theory (HSDT). This theory does not require shear correction factors and the transverse shear stresses vary parabolically through the thickness. The material properties of SWCNTs are assumed to be temperature-dependent and are obtained from molecular dynamics simulations. The material properties of functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTCRs) are considered to be graded in the thickness direction, and are estimated through a micromechanical model. The non-linear strain-displacement relations in the Von Karman sense are used to study the effect of geometric non-linearity and the solution is obtained by minimization of the total potential energy. The numerical illustrations concern the nonlinear bending response of FG-CNTRC plates under different sets of thermal environmental conditions, from which results for uniformly distributed CNTRC plates are obtained as benchmarks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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