This paper investigates the buckling behavior of shear deformable piezoelectric (FGP) nanoscale beams made of functionally graded (FG) materials embedded in Winkler-Pasternak elastic medium and subjected to an electro-magnetic field. Magneto-electro-elastic (MEE) properties of piezoelectric nanobeam are supposed to be graded continuously in the thickness direction based on power-law model. To consider the small size effects, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Employing Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of the embedded piezoelectric nanobeams are obtained. A Navier-type analytical solution is applied to anticipate the accurate buckling response of the FGP nanobeams subjected to electro-magnetic fields. To demonstrate the influences of various parameters such as, magnetic potential, external electric voltage, power-law index, nonlocal parameter, elastic foundation and slenderness ratio on the critical buckling loads of the size-dependent MEE-FG nanobeams, several numerical results are provided. Due to the shortage of same results in the literature, it is expected that the results of the present study will be instrumental for design of size-dependent MEE-FG nanobeams.
This article deals with the buckling behaviour of multilayered magneto-electro-elastic (MEE) plate subjected to uniaxial and biaxial compressive (in-plane) loads. The constitutive equations of MEE material are used to derive a finite element (FE) formulation involving the coupling between electric, magnetic and elastic fields. The displacement field corresponding to first order shear deformation theory (FSDT) has been employed. The in-plane stress distribution within the MEE plate existing due to the enacted force is considered to be equivalent to the applied in-plane compressive load in the pre-buckling range. The same stress distribution is used to derive the potential energy functional. The non-dimensional critical buckling load is accomplished from the solution of allied linear eigenvalue problem. Influence of stacking sequence, span to thickness ratio, aspect ratio, load factor and boundary condition on critical buckling load and their corresponding mode shape is investigated. In addition, static deflection of MEE plate under the sinusoidal and the uniformly distributed load has been studied for different stacking sequences and boundary conditions.
In this article, static analysis of a magneto-electro-elastic (MEE) beam subjected to various thermal loading and boundary conditions has been investigated. Influence of pyroeffects (pyroelectric and pyromagnetic) on the direct quantities (displacements and the potentials) of the MEE beam under different boundary conditions is studied. The finite element (FE) formulation of the MEE beam is developed using the total potential energy principle and the constitutive equations of the MEE material taking into account the coupling between elastic, electric, magnetic and thermal properties. Using the Maxwell electrostatic and electromagnetic relations, variation of stresses, displacements, electric and magnetic potentials along the length of the MEE beam are investigated. Effect of volume fractions, aspect ratio and boundary conditions on the direct quantities in thermal environment has been determined. The present investigation may be useful in design and analysis of magnetoelectroelastic smart structures and sensor applications.
In this paper, free vibration and static response of magneto-electro-elastic (MEE) beams has been investigated. To this end, a 3D finite element formulation has been derived by minimization the total potential energy and linear constitutive equation. The coupling between elastic, electric and magnetic fields can have a significant influence on the stiffness and in turn on the static behaviour of MEE beam. Further, different Barium Titanate ($BaTiO_3$) and Cobalt Ferric oxide ($CoFe_2O_4$) volume fractions results in indifferent coupled response. Therefore, through the numerical examples the influence of volume fractions and boundary conditions on the natural frequencies of MEE beam is illustrated. The study is extended to evaluate the static response of MEE beam under various forms of mechanical loading. It is seen from the numerical evaluation that the volume fractions, loading and boundary conditions have a significant effect on the structural behaviour of MEE structures. The observations made here may serve as benchmark solutions in the optimum design of MEE structures.
Under thermal environment, Magneto-Electro-Elastic (MEE) material exhibits pyroelectric and pyromagnetic effects which can be used for enhancing the performance of MEE sensors. Recently studies have been published on material constants such as pyroelectric constant and pyromagnetic constant for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the main aim of this paper is to study the pyroelectric and pyromagnetic effects on behavior of MEE plate under different boundary conditions subjected to uniform temperature. A numerical study is carried out using eight noded brick finite element under uniform temperature rise of 100 K. The study focused on the pyroelectric and pyromagnetic effects on system parameters like displacements, thermal stresses, electric potential, magnetic potential, electric displacements and magnetic flux densities. It is found that, there is a significant increase in electric potential due to the pyroelectric and pyromagnetic effects. These effects are visible on electric and magnetic potentials when CFFC and FCFC boundary conditions are applied. Additionally, the pyroelectric and pyromagnetic effects at free edge is dominant (nearly thrice the value in CFFC in comparison with FCFC) than at middle of the plate. This study is a significant contribution to sensor applications.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.6
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pp.96-102
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2000
The finishing process for dies and molds is an important process because it has influence on final quality of products. And it is difficult to automatize finishing process so that the process has depended on expert's skill until now. However, recently a study on development of die automatic finishing machine has been progressed, and actually this machine is applied to fabrication of die. But the research about tooling system is not enough and finishing tool must have high machining efficiency and adaptability of curved surface. So, this study investigated the application of conductive elastic tool which is composed of metal-resin bonded pellet and elastic backing material. The metal-resin bonded pellet is used to finish the surface by conventional mechanical grinding or electro-chemial grinding method. And elastic backing material is used to follow the curved surface. So conductive elastic tool has long lifetime, uniform removal rate and adaptability of curved surface.
This paper studies application of modified couple stress theory and first order shear deformation theory to magneto-electro-mechanical vibration analysis of three-layered size-dependent curved beam. The curved beam is resting on Pasternak's foundation and is subjected to mechanical, magnetic and electrical loads. Size dependency is accounted by employing a small scale parameter based on modified couple stress theory. The magneto-electro-mechanical preloads are accounted in governing equations to obtain natural frequencies in terms of initial magneto-electro-mechanical loads. The analytical approach is applied to investigate the effect of some important parameters such as opening angle, initial electric and magnetic potentials, small scale parameter, and some geometric dimensionless parameters and direct and shear parameters of elastic foundation on the magneto-electro-elastic vibration responses.
The present article examines the static response of multilayered magneto-electro-elastic (MEE) beam in thermal environment through finite element (FE) methods. On the basis of the minimum total potential energy principle and the coupled constitutive equations of MEE material, the FE equilibrium equations of cantilever MEE beam is derived. Maxwell's equations are considered to establish the relation between electric field and electric potential; magnetic field and magnetic potential. A simple condensation approach is employed to solve the global FE equilibrium equations. Further, numerical evaluations are made to examine the influence of different in-plane and through-thickness temperature distributions on the multiphysics response of MEE beam. A parametric study is performed to evaluate the effect of stacking sequence and different temperature profiles on the direct and derived quantities of MEE beam. It is believed that the results presented in this article serve as a benchmark for accurate design and analysis of the MEE smart structures in thermal applications.
In this article, the multiphysics response of magneto-electro-elastic (MEE) cantilever beam subjected to thermo-mechanical loading is analysed. The equilibrium equations of the system are obtained with the aid of the principle of total potential energy. The constitutive equations of a MEE material accounting the thermal fields are used for analysis. The corresponding finite element (FE) formulation is derived and model of the beam is generated using an eight noded 3D brick element. The 3D FE formulation developed enables the representation of governing equations in all three axes, achieving accurate results. Also, geometric, constitutive and loading assumptions required to dimensionality reduction can be avoided. Numerical evaluation is performed on the basis of the derived formulation and the influence of various mechanical loading profiles and volume fractions on the direct quantities and stresses is evaluated. In addition, an attempt has been made to compare the individual effect of thermal and mechanical loading with the combined effect. It is believed that the numerical results obtained helps in accurate design and development of sensors and actuators.
Magneto-electro-elastic (MEE) materials under thermal environment exhibits pyroelectric and pyromagnetic coefficients resulting in pyroeffects such as pyroelectric and pyromagnetic. The pyroeffects on the behavior of multiphase MEE sensor bonded on top surface of a mild steel cylindrical shell under thermal environment is presented in this paper. The study aims to investigate how samples having different volume fractions of the multiphase MEE sensor behave due to pyroeffects using semi-analytical finite element method. This is studied at an optimal location on a mild steel cylindrical shell, where the maximum electric and magnetic potentials are induced due to these pyroeffects under different boundary conditions. It is assumed that sensor and shell is perfectively bonded to each other. The maximum pyroeffects on electric and magnetic potentials are observed when volume fraction is $v_f$ = 0.2. Additionally, the boundary conditions significantly influence the pyroeffects on electric and magnetic potentials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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