In this research, the nonlinear static, buckling and vibration analysis of viscoelastic micro-composite beam reinforced by various distributions of boron nitrid nanotube (BNNT) with initial geometrical imperfection by modified strain gradient theory (MSGT) using finite element method (FEM) are presented. The various distributions of BNNT are considered as UD, FG-V and FG-X and also, the extended rule of mixture is used to estimate the properties of micro-composite beam. The components of stress are dependent to mechanical, electrical and thermal terms and calculated using piezoelasticity theory. Then, the kinematic equations of micro-composite beam using the displacement fields are obtained. The governing equations of motion are derived using energy method and Hamilton's principle based on MSGT. Then, using FEM, these equations are solved. Finally the effects of different parameters such as initial geometrical imperfection, various distributions of nanotube, damping coefficient, piezoelectric constant, slenderness ratio, Winkler spring constant, Pasternak shear constant, various boundary conditions and three material length scale parameters on the behavior of nonlinear static, buckling and vibration of micro-composite beam are investigated. The results indicate that with an increase in the geometrical imperfection parameter, the stiffness of micro-composite beam increases and thus the non-dimensional nonlinear frequency of the micro structure reduces gradually.
Kang Sung-Gyu;Park Kyu-Yeol;Son Seon-Cheon;Lee Jong-Hon;Na Young-Sang
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.4
s.181
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pp.153-161
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2006
Micro-forming is a suited technology to manufacture very small metallic parts(several $mm{\sim}{\mu}m$). Micro-forming of $Zr_{62}Cu_{17}Ni_{13}Al_8$ bulk metallic glass(BMG) as a candidate material for this developing process are feasible at a relatively low stress in the supercooled liquid state without any crystallization during hot deformation. In this study, micro- formability of a representative bulk metallic glass, $Zr_{62}Cu_{17}Ni_{13}Al_8$. was investigated for micro-forging of U-shape pattern. Micro-formability was estimated by comparing $R_f$ values ($=A_f/A_g$), where $A_g$ is cross-sectional area of U groove, and $A_f$ the filled area by material. Micro-forging process was simulated and analyzed by applying finite element method. FEM simulation results showed reasonable agreement with the experimental results when the material properties and simulation conditions such as top die speed, remeshing criteria and boundary conditions were tightly controlled. The micro-formability of $Zr_{62}Cu_{17}Ni_{13}Al_8$ was increased with increasing load and time in the temperature range of the supercooled liquid state. Also, FEM simulation using a commercial software, DEFORM was confirmed to be applicable for the optimization of micro-forming process.
Statement of problem: The researches on the influence of design variables on the stress distribution in cortical and trabecular bones and on optimal design for implant system were limited. Purpose: The purpose of this study is to identify the sensitivities of design parameters and to suggest the optimal parameters for designing the onebody type implant system. Material and methods: Stresses arising in the implant system were obtained by finite element analysis using a three dimensional model. An onebody type implant system[Oneplant (Warrantec. Co. Ltd., Korea)] was considered in this study. Vortical load(150 N) was applied on the top of the abutment along the axial direction. The initial design variables set for sensitivity analysis were radius of fixture, numbers of micro thread, numbers of power thread, height of micro thread, future length, tapered angle of future, inclined angle of thread, width of micro thread and width of power thread. The statistical technique of Design of Experiments(DOE) was applied tn the simulation model to deduce effective design parameters on stress distributions in bones. The deduced design parameters were incorporated into a fully automated design tool which is coupled with the finite element analysis and numerical optimization to determine the optimal design parameters. Results: 1. The result of sensitivity analysis showed six design variables - radius of future, tapered angle of fixture, inclined angle of thread, numbers of power thread, numbers of micro thread and height of micro thread - were more influential than the others. 2. The optimal values of design variables can be deduced by coupling finite element analysis (FEA) and design optimization tool(DOT).
Lemya Hanifi Hachemi Amar;Abdelhakim Kaci;Aicha Bessaim;Mohammed Sid Ahmed Houari;Abdelouahed Tounsi
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.3
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pp.225-238
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2024
In this paper, a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory for the bending responses of a functionally graded (FG) porous micro-beam is based on a modified couple stress theory requiring only one material length scale parameter that can capture the size influence. The model proposed accounts for both shear and normal deformation effects through an illustrative variation of all displacements across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the micro-beam. The effective material properties of the functionally graded micro-beam are assumed to vary in the thickness direction and are estimated using the homogenization method of power law distribution, which is modified to approximate the porous material properties with even and uneven distributions of porosity phases. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's technique. The validity of the derived formulation is established by comparing it with the ones available in the literature. Numerical examples are presented to investigate the influences of the power law index, material length scale parameter, beam thickness, and shear and normal deformation effects on the mechanical characteristics of the FG micro-beam. The results demonstrate that the inclusion of the size effects increases the microbeams stiffness, which consequently leads to a reduction in deflections. In contrast, the shear and normal deformation effects are just the opposite.
Suh, Sung-Bu;Park, Il-Ryong;Jung, Kwang-Hyo;Lim, Jung-Gwan;Kim, Kwang-Soo;Kim, Jin
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.28
no.4
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pp.268-273
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2014
To investigate the turbulence characteristics within the boundary layer over a flat plate, an experimental study was performed using a PIV technique in a circular water channel. For two water velocities, 0.92 and 1.99 m/s, the water velocity profiles were taken and analyzed to determine turbulent characteristics such as the Reynolds stress, Taylor micro-length scale, and Kolmogorov length scale within the defect law region of the boundary layer. These analysis methods may be applied to research on the friction drag reduction technology using micro-bubbles or an air sheet over the surface of a ship's hull, because the physical reason for the friction drag reduction could be found by understanding the variation of the turbulence characteristics and structures in the boundary layer.
The microstructure and deformation behavior in 22Cr-0.2N micro-duplex stainless steels with various Ni and Mn contents were compared using by OM, TEM, and XRD. The 22Cr-0.2N duplex stainless steel plates were fabricated and hot rolled, followed by annealing treatment at the temperature range of $1,000-1,100^{\circ}C$. All the samples showed the common strain hardening behaviour during the tensile test at a room temperature. The steels tested at the temperatures of $-30^{\circ}C$ or $-50^{\circ}C$ showed a distinct inflection point in the stress-strain curves, which should be resulted from the formation of strain-induced martensite(SIM) of austenite phase. This was confirmed by TEM observations. The onset strain of a inflection point in a stress-strain curve should be depended up the value of $M_d30$. With the decrease of the tensile test temperature, the inflection point appeared earlier, and the strength and fracture strain were higher. The tensile behaviour was discussed from the point of austenite stability of the micro-duplex stainless steels with the different Ni and Mn content.
The purpose of this paper is to study the geometrically nonlinear free vibration of functionally graded nano/micro beams (FGNBs) based on the modified couple stress theory. For practical applications, some analytical expressions of nonlinear frequencies for FGNBs on a nonlinear Pasternak foundation are developed. Hamilton's principle is employed to obtain nonlinear governing differential equations in the context of both Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories for a comprehensive investigation. The modified continuum theory contains one material length scale parameter to capture the size effect. The variation of two-constituent material along the thickness is modeled using Reddy's power-law. Also, the Mori-Tanaka method as an accurate homogenization technique is implemented to estimate the effective material properties of the FGNBs. The results are presented for both hinged-hinged and clamped-clamped boundary conditions. The nonlinear partial differential equations are reduced to ordinary differential equations using Galerkin method and then the powerful method of homotopy analysis is utilized to obtain the semi-analytical solutions. Eventually, the presented analytical expressions are used to examine the influences of the length scale parameter, material gradient index, and elastic foundation on the nonlinear free vibration of FGNBs.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.2
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pp.5-13
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1995
Various techniques to measure fracture toughness which is an important parameter to predict fracture behavious of structural materials have been reported. Among these mathods, this paper describes the micro-Vickers indentation crack method to estimate the fracture toughness of some WC-Co composites. Two indentation crack patterns (such as radial-median cracks (orhalf-penny cracks) and Palmqvist cracks generated during indentation) are referred precisely. The fracture toughness of WC-4.7wt%Co, WC-6wr%Co and WE-9wr%Co composites were estimated by using some equations given by Shetty et al., Nihara et al. in this study. We show the reliability of indentation method by comparing the results with those from literatures. The appropriate equation to estimate the fracture toughness in the case of WC-Co composite is given. In addition, some technical informations in terms of the crack length by indentation in estimating the existence of the surface residual stress that prevents to obtain an accurate fracture toughness are presented.
In order to obtain the basic data on the optimum conditions of electroforming process for fabricating the micro wiring pattern for plate type micro- motor core, characteristics of plating bath and properties of deposits were studied with various copper plating baths which contain sulfate, fluoborate, pyrophosphate and cyanide salt, respectively. Cathodic polarization, throwing power, internal stress, texture and surface morphology of deposits were observed. Throwing power of plating solution is deeply related to the polarization curves and the values are in the range of +20∼20%. The order of values ate as follows- pyrophosphate, cyanide, sulfate and fluoborate bath. Internal stresses of deposits are tensile in all of the copper plating bath. Thickness of the deposits plated at the center of holes has the highest value in the pyrophosphate bath and K factor, ratio of height and width of deposit, is 1.44. It was confirmed that the pyrophosphate bath was the best one for the electroforming of wire pattern.
Porous materials such as polymeric foam are widely adopted in engineering and biomedical fields. Porous materials often exhibit complex nonlinear behaviors and are sensitive to material and environmental factors including cell size and shape, amount of porosity, and temperature, which are influenced by the type of base materials, reinforcements, method of fabrication, etc. Hence, the material characteristics of porous materials such as compressive stress-strain behavior and void volume fraction according to aforementioned factors should be precisely identified. In this study, unconfined uniaxial compressive test for two types of closed-cell structure polyurethane foam, namely, 0.16 and $0.32g/cm^3$ of densities were carried out. In addition, the void volume fraction of three different domains, namely, center, surface and buckling regions under various compressive strains (10 %, 30 %, 50 % and 70 %) were quantitatively observed using Micro 3D Computed Tomography(micro-CT) scanning system. Based on the experimental results, the relationship between compressive strain and void volume fraction with respect to cell size, density and boundary condition were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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