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.
Kim, Bong-Suk;Lee, Seong-Min;Song, Jun-Yeob;Lee, Chang-Woo;Lee, Soo-Hun
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.3
s.192
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pp.108-116
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2007
To overcome many defects such as the high product cost, large energy consumption, and big space capacity in conventional mechanical machining, the miniaturization of machine tool and micro factory systems has been envisioned recently. The object of this paper is to research the effect of dynamic characteristic parameters in bolted-joint beams, which is widely applied to the joining of mechanical structures in order to identify structural system characteristics and to predict dynamic behavior according to scale-down from macro to micro system as the development of micro/meso-scale machine tool and micro factories. Modal parameters such as the natural frequency, damping ratio, and mode shape from modal testing and dynamic characteristics from finite element analysis are extracted with all 12 test beam models by materials, by size, and by joining condition, and then the results obtained by both methods are compared.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.7
s.172
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pp.164-169
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2005
The micro-gripper system is one of the systems that should be improved in the respect of performance for practical usage. In the previous works, the important issues are considered and presented using axiomatic design approach. In this paper, the functional requirements and design parameters are evaluated in order to improve the performance and efficiency of the system. The evaluation is a very difficult task since many variables are related to the outcomes. To provide a basis for correct design decisions, axiomatic design principles have been advanced. Since the framework of axiomatic design makes design issues easier to understand when they are analyzed, we used those as an evaluation tool. The object of the system is to handle micro-size parts. Main device is a micro-gripper using two bender-typed and one stack-typed PZTs as actuators. And it has three tips made of tungsten wires fur holding function. Also the system must satisfy other functional requirements for appropriate handling performance. The results of this study show design improvements of micro-gripper system such as structural change of gripper, additional element, and integration of physical parts. Axiomatic design guides presented suitable design parameters corresponding to functional requirements and made the design elements improve through diagrams of whole system.
Three-dimensional (3D) micro/nanostructures based on soft elastomers have received extensive attention in recent years, owing to their potential and advanced applicability. Designing and fabricating 3D micro/nanostructures are crucial for applications in diverse engineering fields, such as sensors, harvesting devices, functional surfaces, and adhesive patches. However, because of their structural complexity, fabricating soft-elastomer-based 3D micro/nanostructures with a low cost and simple process remains a challenge. Bio-inspired designs that mimic natural structures, or replicate their micro/nanostructure surfaces, have greatly benefited in terms of low-cost fabrication, scalability, and easy control of geometrical parameters. This review highlights recent advances in 3D micro/nanostructures inspired by nature for diverse potential and advanced applications, including flexible pressure sensors, energy-harvesting devices based on triboelectricity, superhydrophobic/-philic surfaces, and dry/wet adhesive patches.
Low rise masonry structures are relatively inexpensive and easier to construct compared to other types of structures such as steel and reinforced concrete buildings. However, masonry structures are relatively heavier and less ductile and more vulnerable to damages in earthquakes. In this research, a new innovative low-cost seismic isolator using steel rings (SISR) is employed to reduce the seismic vulnerability of masonry structures. FEA of a masonry structure, made of concrete blocks is used to evaluate the effect of the proposed SISR on the seismic response of the structure. Two systems, fixed base and isolated from the base with the proposed SISRs, are considered. Micro-element approach and ABAQUS software are used for structural modeling. The nonlinear structural parameters of the SISRs, extracted from a recent experimental study by the authors, are used in numerical modeling. The masonry structure is studied in two separate modes, fixed base and isolated base with the proposed SISRs, under Erzincan and Imperial Valley-06 earthquakes. The accelerated response at the roof level, as well as the deformation in the masonry walls, are the parameters to assess the effect of the proposed SISRs. The results show a highly improved performance of the masonry structure with the SISRs.
The buckling problem of linearly tapered micro-columns is investigated on the basis of modified strain gradient elasticity theory. Bernoulli-Euler beam theory is used to model the non-uniform micro column. Rayleigh-Ritz solution method is utilized to obtain the critical buckling loads of the tapered cantilever micro-columns for different taper ratios. Some comparative results for the cases of rectangular and circular cross-sections are presented in graphical and tabular form to show the differences between the results obtained by modified strain gradient elasticity theory and those achieved by modified couple stress and classical theories. From the results, it is observed that the differences between critical buckling loads achieved by classical and those predicted by non-classical theories are considerable for smaller values of the ratio of the micro-column thickness (or diameter) at its bottom end to the additional material length scale parameters and the differences also increase due to increasing of the taper ratio.
In this paper, free vibration of Cooper-Naghdi micro sandwich cylindrical shell with saturated porous core and reinforced carbon nanotube (CNT) piezoelectric composite face sheets is investigated by using first order shear deformation theory (FSDT) and modified couple stress theory (MCST). The sandwich shell is subjected to magneto-thermo-mechanical loadings with temperature dependent material properties. Energy method and Hamilton's principle are used for deriving of the motion equations. The equations are solved by Navier's method. The results are compared with the obtained results by the other literatures. The effects of various parameters such as saturated porous distribution, geometry parameters, volume fraction and temperature change on the natural frequency of the micro-sandwich cylindrical shell are addressed. The obtained results reveal that the natural frequency of the micro sandwich cylindrical shell increases with increasing of the radius to thickness ratio, Skempton coefficient, the porosity of the core, and decreasing of the length to radius ratio and temperature change.
Since the mechanism of chloride diffusion and its ratio in concrete depend on structural conditions and concrete as a micro-structure, if these are analyzed quantitatively, the long-term ageing of structures can be predicted. Although, a quantitative analysis of concrete micro-structure, in which the results are affected by various parameters, is very difficult, this can be done indirectly by the durability test of concrete. In this study, the compressive strength, void ratio and air permeability of concrete. In this study, the compressive strength, void ratio and air permeability of concrete are chosen as the parameters in concrete durability test, and these effects on test results are analysed according to changes of mixing properties. The relationships between parameters and chloride diffusion velocity is used for prediction models of chloride diffusion. The developed prediction models for the chloride diffusion according to mixing and physical properties, can be used to estimate the service life and corrosion initiation of reinforcing bars in marine structures.
Nam Ki-Soo;Cho Won-ik;Yoon Myung-Jin;Kim Byung-Moon
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.5
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pp.80-86
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2005
High velocity oxy-fuel thermally sprayed coating of the WC-Co cermet material is a well-established process for modifying the surface properties of the structural components exposed to the corrosive and wear attacks. The hard WC phase in the coating resists to the wear while the soft metallic Co increases the adhesive and cohesive bonding properties. The coating properties deposited by the HVOF process are greatly dependent on the feedstock materials and processing parameters. The effects of the feedstock material and process coating parameters including the in-flight particle parameters and resultant coating microstructures were observed in this paper.
The optimum design of power yacht belongs to the nonlinear constrained optimization problems. The determination of scantlings for the bow structure is a very important issue with in the whole structural design process. The derived design results are obtained by the use of real-coded micro-genetic algorithm including evaluation from Lloyd's Register small craft guideline, so that the nominal limiting stress requirement can be satisfied. In this study, the minimum volume design of bow structure on the power yacht was carried out based on the finite element analysis. The target model for optimum design and local structural analysis is the bow structure of a power yacht. The volume of bow structure and the main dimensions of structural members are chosen as an objective function and design variable, respectively. During optimization procedure, finite element analysis was performed to determine the constraint parameters at each iteration step of the optimization loop. optimization results were compared with a pre-existing design and it was possible to reduce approximately 19 percents of the total steel volume of bow structure from the previous design for the power yacht.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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