Navi, B. Rousta;Mohammadimehr, M.;Arani, A. Ghorbanpour
Steel and Composite Structures
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v.32
no.6
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pp.753-767
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2019
Vibration control in mechanical equipments is an important problem where unwanted vibrations are vanish or at least diminished. In this paper, free vibration active control of the porous sandwich piezoelectric polymeric nanocomposite microbeam with microsensor and microactuater layers are investigated. The aim of this research is to reduce amplitude of vibration in micro beam based on linear quadratic regulator (LQR). Modified couple stress theory (MCST) according to sinusoidal shear deformation theory is presented. The porous sandwich microbeam is rested on elastic foundation. The core and face sheet are made of porous and three-phase carbon nanotubes/resin/fiber nanocomposite materials. The equations of motion are extracted by Hamilton's principle and then Navier's type solution are employed for solving them. The governing equations of motion are written in space state form and linear quadratic regulator (LQR) is used for active control approach. The various parameters are conducted to investigate on the frequency response function (FRF) of the sandwich microbeam for vibration active control. The results indicate that the higher length scale to the thickness, the face sheet thickness to total thickness and the considering microsensor and microactutor significantly affect LQR and uncontrolled FRF. Also, the porosity coefficient increasing, Skempton coefficient and Winkler spring constant shift the frequency response to higher frequencies. The obtained results can be useful for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
In this article, the free vibration analysis of annular sandwich plates with various functionally graded (FG) porous cores and carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) facesheets is investigated based on modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theories (FSDT). The annular sandwich plate is composed of two face layers and a functionally graded porous core layer which contains different porosity distributions. Various approaches such as extended mixture rule (EMR), Eshelby-Mori-Tanaka (E-M-T), and Halpin-Tsai (H-T) are used to determine the effective material properties of microcomposite circular sandwich plate. The governing equations of motion are extracted by using Hamilton's principle and FSDT. A Ritz method has been utilized to calculate the natural frequency of an annular sandwich plate. The effects of material length scale parameters, boundary conditions, aspect and inner-outer radius ratios, FG porous distributions, pore compressibility and volume fractions of CNTs are considered. The results are obtained by Ritz solutions that can be served as benchmark data to validate their numerical and analytical methods in the future work and also in solid-state physics, materials science, and micro-electro-mechanical devices.
Ismail Esen;Mashhour A. Alazwari;Khalid H. Almitani;Mohamed A Eltaher;A. Abdelrahman
Advances in nano research
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v.14
no.5
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pp.475-493
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2023
In the context of nonclassical nonlocal strain gradient elasticity, this article studies the free and forced responses of functionally graded material (FGM) porous nanoplates exposed to thermal and magnetic fields under a moving load. The developed mathematical model includes shear deformation, size-scale, miscorstructure influences in the framework of higher order shear deformation theory (HSDT) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), respectively. To explore the porosity effect, the study considers four different porosity models across the thickness: uniform, symmetrical, asymmetric bottom, and asymmetric top distributions. The system of quations of motion of the FGM porous nanoplate, including the effects of thermal load, Lorentz force, due to the magnetic field and moving load, are derived using the Hamilton's principle, and then solved analytically by employing the Navier method. For the free and forced responses of the nanoplate, the effects of nonlocal elasticity, strain gradient elasticity, temperature rise, magnetic field intensity, porosity volume fraction, and porosity distribution are analyzed. It is found that the forced vibrations of FGM porous nanoplates under thermal and live loads can be damped by applying a directed magnetic field.
The aim of this paper is to investigate the free vibration behavior of the micro sandwich beam composing of five layers such as functionally graded (FG) porous core, nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and piezomagnetic/piezoelectric layers subjected to magneto electrical potential resting on silica aerogel foundation. The effect of foundation has been taken into account using Vlasov model in addition to rigid base assumption. For this purpose, an iterative technique is applied. The material properties of the FG porous core and FG nanocomposite layers are considered to vary throughout the thickness direction of the beams. Based on the Timoshenko beam theory and Hamilton's principle, the governing equations of motion for the micro sandwich beam are obtained. The Navier's type solution is utilized to obtain analytical solutions to simply supported micro sandwich beam. Results are verified with corresponding literatures. In the following, a study is carried out to find the effects of the porosity coefficient, porous distribution, volume fraction of CNT, the thickness of silica aerogel foundation, temperature and moisture, geometric parameters, electric and magnetic potentials on the vibration of the micro sandwich beam. The results are helpful for the design and applications of micro magneto electro mechanical systems.
The carbon nano-structured materials could be applied to the fields of advanced fillers, templates, electrode materials, sensor, storage, and absorption materials. The polyacrylonitrile (PAN) based carbon nano-particles provide the remarkable properties of high specific surface area, large pore volume, chemical inertness, and good mechanical stability. In this study, well-defined carbon nano-particles were obtained through pyrolysis of polyacrylonitrile based particles. The precursor nano-particles were prepared by modified aqueous dispersion polymerization using hydrophilic poly(vinyl alcohol) in a water/ N,N-dimethylformamide mixture media. Synthesized precursor nanoparticles have relatively monodisperse particles ranging 80 ~ 250nm. Stable spherical particles are obtained without coagulum or secondary particles in our system. The characteristic of the carbon nanoparticles were investigated in terms of surface area, morphology, and size distribution.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.05a
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pp.52.1-52.1
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2009
Cupric oxide (CuO) is a p-type semiconductor with band gap of ~1.7 eV and reported to be suitable for catalysis, lithium-copper oxide electrochemical cells, and gas sensors applications. The nanoparticles, plates and nanowires of CuO were found sensing to NO2, H2S and CO. In this work, we report about the comparison about hydrogen sensing of nano thin film and nanowires structured CuO deposited on single-walled carbon nanotubes (SWNTs). The thin film and nanowires are synthesized by deposition of Cu on different substrate followed by oxidation process. Nano thin films of CuO are deposited on thermally oxidized silicon substrate, whereas nanowires are synthesized by using a porous thin film of SWNTs as substrate. The hydrogen sensing properties of synthesized materials are investigated. The results showed that nanowires cupric oxide deposited on SWNTs showed higher sensitivity to hydrogen than those of nano thin film CuO did.
In this study, the elemental mercury removal behaviors of silver-plated porous carbons materials were investigated. The pore structures and total pore volumes of the hybrid materials were analyzed by $N_2$ adsorption/desorption analysis at 77 K. The pore structures and surface morphologies of the hybrid materials were characterized by XRD and SEM, respectively. The elemental mercury adsorption capacities of all silver-plated porous carbons hybrid materials were higher than those of the as-received samples, despite the fact that the specific surface areas and total pore volumes decreased with increasing metal loading time. It was found that silver nanoparticles showed excellent elemental mercury removal behaviors in carbonaceous hybrid materials.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.11a
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pp.7.2-7.2
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2009
Nanoporous bioactive glass(NBG) ceramic with well interconnected pore structures were fabricated bytriblock copolymer templating and sol-gel techniques. Hierarchically porous BGbeads were also successfully synthesized by controlling the condition of solvent.The beads have hierarchically nano- and macro-pore structure with a sizesbetween several tens nanometers and several hundred micrometers. Both NBG andBG beads show superior bone-forming bioactivity and good in vitrobiodegradability. Biocompatibility both in vitro and in vivo were examed andwas revealed that it largely relies on the pore morphology as well ascomposition. Our synthetic process can be adapted for the purpose of preparingvarious bioceramics, which have excellent potential applications in the fieldof biomaterials such as tissue engineering and drug storage.
Polystyrene thin films containing Bragg structures have been successfully obtained by the removal of DBR porous silicon films from the DBR structured porous silicon/polystyrene composite film in HF/$H_2O$ mixture solution and by replicating the nano-structures of porous silicon containing Bragg structure. Polystyrene thin films containing Bragg structures displayed unique optical reflection resonances in optical reflection spectrum. This optical reflection band was resulted from the interference of reflection wavelength at Bragg structure of polystyrene thin films. The wavelength of reflection resonances could be modified by the change of Bragg structure of the master. Polystyrene thin films containing Bragg structures were flexible and maintained their optical characteristics upon bending. The Polystyrene thin films replicate the photonic features and the nanostructure of the master.
Porous 3C-SiC(pSiC) samples with different pore diameters were prepared from poly crystalline N-type 3C-SiC by electrochemical anodization. The pSiC surface was chemically modified by the sputtering of Pd and Pt nano-particles as a hydrogen catalyst. Changes in resistance were monitored with hydrogen concentrations in the range of 110 ppm - 410 ppm. The variations of the electrical resistance in the presence of hydrogen demonstrated that Pd and Pt-deposited pSiC samples have the ability to detect hydrogen at room temperature. Regardless of the catalyst, the 25 nm pore diameter samples showed good response and recovery properties. However, the 60 nm samples showed unstable and slow response. It was found that the pore size affects the catalyst reaction and consequently, results in changes of the sensitivity to hydrogen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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