Applying the topological theory of rubber elasticity which was suggested by K. Iwata to the newly devised body-centered cubic lattice model, the authors calculated the values of four terms of the free energy to form polymer networks. Finding the projection matrix of the BCL model, and comparing this with the values of the simple cubic lattice (abbreviated to SCL hereafter) model of K. Iwata, the authors obtained the stress versus strain curves and found that the curves are in good agreement with the experimental results of poly(dimethyl siloxane) networks.
Eltaher, Mohamed A.;Omar, Fatema-Alzahraa;Abdalla, Waleed S.;Kabeel, Abdallah M.;Alshorbagy, Amal E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.1
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pp.141-151
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2020
This manuscript tends to investigate influences of nanoscale and surface energy on a static bending and free vibration of piezoelectric perforated nanobeam structural element, for the first time. Nonlocal differential elasticity theory of Eringen is manipulated to depict the long-range atoms interactions, by imposing length scale parameter. Surface energy dominated in nanoscale structure, is included in the proposed model by using Gurtin-Murdoch model. The coupling effect between nonlocal elasticity and surface energy is included in the proposed model. Constitutive and governing equations of nonlocal-surface perforated Euler-Bernoulli nanobeam are derived by Hamilton's principle. The distribution of electric potential for the piezoelectric nanobeam model is assumed to vary as a combination of a cosine and linear variation, which satisfies the Maxwell's equation. The proposed model is solved numerically by using the finite-element method (FEM). The present model is validated by comparing the obtained results with previously published works. The detailed parametric study is presented to examine effects of the number of holes, perforation size, nonlocal parameter, surface energy, boundary conditions, and external electric voltage on the electro-mechanical behaviors of piezoelectric perforated nanobeams. It is found that the effect of surface stresses becomes more significant as the thickness decreases in the range of nanometers. The effect of number of holes becomes significant in the region 0.2 ≤ α ≤ 0.8. The current model can be used in design of perforated nano-electro-mechanical systems (PNEMS).
In this paper, a novel hybrid composite shield to protect space structures from hypervelocity impact of micrometeoroid and space debris is proposed. The finite element model of the proposed shield was constructed and finite element analysis was conducted to approximate the energy absorption rate. Before the final model analysis, analysis of each component including the aluminum plate, PMMA plate, and intermediate layer of fabric was performed, verifying the finite element model of each component. The material properties used in the analyses were predicted material property values for high strain rates. The analysis results showed that, other than the fabric, the energy absorption rate of each component was in agreement. Afterwards, the finite element model of the hybrid composite shield was constructed, where it was analyzed for the restrained and unrestrained fabric boundary condition cases. Through the finite element analysis, the fiber pullout mechanism was realized for the hybrid shield with free boundary inserted fabric, and it was observed that this mechanism led to energy absorption increase.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.10
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pp.985-993
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2015
Free-piston Stirling engines (FPSEs) have attracted much attention in the renewable energy field as a key device in the conversion from thermal to mechanical energy, and in the recycling of waste energy. Traditional Stirling engines consist of two pistons that are connected by a mechanical link, while FPSEs are formed as a vibration system by connecting each piston to a spring without a physical link. To ensure the correct design and control of operations, this requires elaborate dynamic-performance predictions. In this paper, we present the performance-prediction methodology using a linear and nonlinear dynamic analytical model considering the external load of FPSEs. We perform linear analyses to predict the operating point of the engine using the root locus technique. Using nonlinear analysis, we also predict the amplitude of pistons by performing numerical integration considering both the linear and nonlinear damping terms of the external load. We utilize the predicted dynamic behavior to predict the engine performance. In addition, we compare the experiment results and existing model predictions for RE-1000 to verify the reliability of the analytical model.
Song, Mira;Kim, Sun-Hee;Jang, Duk-Soo;Kang, Si-Yong;Kim, Jin-Baek;Kim, Sang Hoon;Ha, Bo-Keun;Park, Yong Dae;Kim, Dong Sub
Journal of Radiation Industry
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v.5
no.1
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pp.7-13
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2011
The present study has been performed to compare the physiological analysis of monocot model plant (rice) in response to ionizing irradiations (cosmic-ray, gamma-ray, and Ion beam). Ionizing radiations were implanted into monocot model plant (rice) seed. After irradiation, the seeds were planted in the plastic pots for a growth period of one month. Thereafter, the morphological and physiological characteristics including malondealdehyde (MDA) and chlorophyll content, activities of antioxidant enzymes in irradiation samples were investigated. We are confirmed that the activity level of MDA and chlorophyll content were not changed by ionizing irradiation samples. However, the free radical contents were increased in all irradiated plants. And the activities of SOD, POD, and APX were significantly increased by irradiation compared with non-irradiation plant.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.979-983
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2001
We develop a new method of simultaneous optimization of trajectory and shape of redundant flexible manipulators for collision-free utilizing the B-spline function and a mathematical programming method We adopt an approximate flexible manipulator model which consists of rigid bar elements and spring elements. We use B-spline function for determining the approximate trajectory and the expressions of the outline of obstacles. The used total performance index consists of 2 performance indices. The first is the driving energy, and the second is the trajectory deviation which is caused by the approximate modeling for the flexible manipulator. We design optimal collision-free trajectory of flexible manipulators by searching optimum positions of the control points for B-spline approximation which minimize the performance index subject to constraint condition for collision-free. Some examinations through numerical examples show the effectiveness of the method
This article presents a finite element (FE) model to assess the free vibration and static response of a functionally graded skew magneto-electro-elastic (FGSMEE) plate. Through the thickness material grading of FGSMEE plate is achieved using power law distribution. The coupled constitutive equations along with the total potential energy approach are used to develop the FE model of FGSMEE plate. The transformation matrix is utilized in bringing out the element matrix corresponding to the global axis to a local axis along the skew edges to specify proper boundary conditions. The effect of skew angle on the natural frequency of an FGSMEE plate is analysed. Further, the study includes the evaluation of the static behavior of FGSMEE plate for various skew angles. The influence of skew angle on the primary quantities such as displacements, electric potential, and magnetic potential, and secondary quantities such as stresses, electric displacement and magnetic induction is studied in detail. In addition, the effect of power-law gradient, thickness ratio, boundary conditions and aspect ratio on the free vibration and static response characteristics of FGSMEE plate has been investigated.
Twenty-four yearling Boer$\times$Spanish goats were used in a crossover design experiment to determine effects of tethering on forage selection, intake and digestibility, grazing behavior and energy expenditure (EE) with forage high in nutritive value and low to moderate in mass. Objectives were to determine if tethered goats could be used as a model for study of unrestrained animals and to characterize tethering as a production practice. Four 0.72-ha pastures of wheat (Triticum aestivum) and berseem clover (Trifolium alexandrium) were grazed in December and January. Each pasture hosted six animals, three with free movement and three attached to a 4.11-m tether for access to a circular area of $53.1m^2$. Tethering areas were moved each day. One animal of each treatment and pasture was used to determine forage selection, fecal output or grazing behavior and EE; therefore, there were eight observations per treatment. Mass of forage DM before grazing in Tethered areas averaged 1,280 and 1,130 kg/ha in periods 1 and 2, respectively. The CP concentration in ingesta was greater ((p<0.05) 239 and 209 g/kg; SE = 8.0) and the NDF level was lower (p<0.05) for Free vs. Tethered animals (503 and 538 g/kg; SE = 12.0); in vitro true DM digestion was similar between treatments (0.808 and 0.807 for Free and Tethered, respectively; SE = 0.0096). Intakes of DM (1,013 and 968 g/d; SE = 78.6), NDF (511 and 521 g/d; SE = 39.9) and ME (10.9 and 10.7 MJ/d; SE = 0.90) were similar between treatments, but CP intake was greater (p<0.05) for Free vs. Tethered animals (241 and 203 g/d; SE = 17.2). There were small treatment differences in in vivo apparent digestibility of OM ((p<0.05) 0.780 and 0.814; SE = 0.0049), CP ((p<0.05) 0.800 and 0.817; SE = 0.0067) and NDF ((p<0.09) 0.777 and 0.760 for Free and Tethered, respectively; SE = 0.0078). There were no treatment effects on time spent ruminating or grazing (346 and 347 min/d for Free and Tethered, respectively; SE = 42.5), but EE was considerably greater (p<0.05) for Free vs. Tethered animals (571 and 489 kJ/kg $BW^{0.75}$; SE = 8.9). In conclusion, with forage of high nutritive value and low to moderate in mass, tethering can offer a production advantage over free grazing of less energy used for activity despite similar grazing time. With forage removal considerably less than that available for grazing, effects of tethering on chemical composition of selected forage were small and less than needed to markedly affect digestion. Tethering may offer a means of studying some aspects of grazing by ruminants, but would not seem suitable for energy metabolism.
The paper attempts to estimate the incubation time of a cavity in the interface between a power law creep particle and an elastic matrix subjected to a uniaxial stress. Since the power law creep particle is time dependent, the stresses in the interface relax. Through previous stress analysis related to the present physical model, the relaxation time is defined by ${\alpha}$2 which satisfies the equation $\Gamma$0 |1+${\alpha}$2k|m=1-${\alpha}$2 [19]. $\Gamma$0=2(1/√3)1+m($\sigma$$\infty$/2${\mu}$)m($\sigma$0/$\sigma$$\infty$tm) where $\sigma$$\infty$ is an applied stress, ${\mu}$ is a shear modulus of a matrix, $\sigma$$\infty$ is a material constant of a power law particle, $\sigma$=$\sigma$0 $\varepsilon$ and t elapsed time. the volume free energy associated with Helmholtz free energy includes strain energies associated with Helmholtz free energy includes strain energies caused by applied stress anddislocations piled up in interface (DPI). The energy due to DPI is found by modifying the results of Dundurs and Mura[20]. The volume free energies caused by both applied stress and DPI are a function of the cavity size(${\gamma}$) and elapsed time(t) and arise from stress relaxation in the interface. Critical radius ${\gamma}$ and incubation time t to maximize Helmholtz free energy is found in present analysis. Also, kinetics of cavity fourmation are investigated using the results obtained by Riede[16]. The incubation time is defied in the analysis as the time required to satisfy both the thermodynamic and kinetic conditions. Through the analysis it is found that [1] strain energy caused by the applied stress does not contribute significantly to the thermodynamic and kinetic conditions of a cavity formation, 2) in order to satisfy both thermodynamic and kinetic conditions, critical radius ${\gamma}$ decreases or holds constant with increase of time until the kinetic condition(eq.40) is satisfied. Therefore the cavity may not grow right after it is formed, as postulated by Harris[11], and Ishida and Mclean[12], 3) the effects of strain rate exponent (m), material constant $\sigma$0, volume fraction of the particle to matrix(f) and particle size on the incubation time are estimated using material constants of the copper as matrix.
Kim, Chang-Kon;Park, Byung-Ho;Lee, Hai-Whang;Kim, Chan-Kyung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.32
no.6
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pp.1985-1992
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2011
The stable conformers of glycine and the inter-conversions between them were studied theoretically at various levels of theory, B3LYP, MP2, CCSD and CCSD(T), in the gas phase and in aqueous solution. In aqueous solution, the structures examined by use of the conductor-like polarizable continuum model (CPCM) with various cavity models, UA0, UAHF, UAKS, UFF, BONDI and PAULING, and by use of a discrete/continuum solvation model with eight water clusters. The Gibbs free energy differences between the neutral (NE) and zwitterionic conformers (ZW), ${\Delta}G_{Z-N}[=G_{ZW}-G_{NE}]$, in aqueous solution were well reproduced by using the BONDI and PAULING cavity models. However the ${\Delta}G_{Z-N}$ values were underestimated in other cavity models, although the ZW conformers existed as stable species in aqueous solution. In the studies of a discrete/continuum solvation model with eight water clusters, gas phase results are still insufficient to reproduce the experimental findings. However the ${\Delta}G_{Z-N}$ values calculated by use of CPCM method in aqueous solution agreed well with the experimental ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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