The present paper deals with the analytical solution of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder in the magnetic field under mechanical, thermal and electrical loads. All mechanical, thermal and electrical properties except Poisson ratio can be varied continuously and gradually along the thickness direction of the cylinder based on a power function. The cylinder is assumed to be axisymmetric. Steady state heat transfer equation is solved by considering the appropriate boundary conditions. Using Maxwell electro dynamic equation and assumed magnetic field along the axis of the cylinder, Lorentz's force due to magnetic field is evaluated for non homogenous state. This force can be employed as a body force in the equilibrium equation. Equilibrium and Maxwell equations are two fundamental equations for analysis of the problem. Comprehensive solution of Maxwell equation is considered in the present paper for general states of non homogeneity. Solution of governing equations may be obtained using solution of the characteristic equation of the system. Achieved results indicate that with increasing the non homogenous index, different mechanical and electrical components present different behaviors along the thickness direction. FGP can control the distribution of the mechanical and electrical components in various structures with good precision. For intelligent properties of functionally graded piezoelectric materials, these materials can be used as an actuator, sensor or a component of piezo motor in electromechanical systems.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.6
no.4
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pp.108-117
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1997
A continuum analysis has been performed for the application to the thermo-elasto-plastic behavior in a discontinuous metal matrix composite. an FEM (Finite Element Method) analysis was implemented to obtain the internal field quantities of composite as well as overall composite behavior and an experiment was demonstrated to compare with the numerical simulation . As the procedure, a reasonably optimized FE mesh generation, the appropriate imposition of boundary condition , and the relevant post processing such as elastoplastic thermomchanical analysis were taken into account. For the numerical illustration, an aligned axisymmetric single fiber model with temperature dependent material properties and precipitation hardening effect has been employed to assess field quantities. It was found that the residual stresses are induced substantially by the temperature drop during the thermal treatment and that the FEM results of the vertically and horizontally constrained model give a good agreement with experimental data.with non-woven carbon mat is about 24% higher than that of composite materials without non-woven carbon mat. Transverse tensile strength and torughness also increase by inserting non-woven carbon mat between layers.
Traditionally, intake noise from internal combustion engine has not recevied much attention compared to exhaust noise. But nowadays, intake noise is a major contributing factor to automotive passenger compartment noise levels. The main objective of this paper is to identify the mechanism of generation, propagation and radiation of the intake noise. With a simplest geometric model, one of the main noise sources for the intake stroke is found to be the pressure surge, which is generated after intake valve closing. The pressure surge, which has the nonlinear acoustic behavior, propagates and radiates with relatively large amplitude. In this paper, unsteady compressible Navier-Stokes equations are employed for the intake stroke of axisymmetric model having a single moving cylinder and a single moving intake valve. To simulate the periodic motion of the piston and the valve, unsteady deforming mesh algorithm is employed and Thompson's non-reflecting boundary condition is applied to the radiation field. In order to resolve the small amplitude waves at the radiation field, essentially non-oscillatory(ENO) schemes with an artificial compression method (ACM) are used.
In this research, experimental studies leave been performed on the hydrodynamic interaction between a spherical particle and a plane wall by measuring the force between the particle and wall. To approach the system as a resistance problem, a servo-driving system was set-up by assembling a microstepping motor, a ball screw and a linear motion guide for the particle motion. Glycerin and dilute solution of polyacrylamide in glycerin were used as Newtonian and non-Newtonian fluids, respectively. The polymer solution behaves like a Boger fluid when the concentration is 1,000 ppm or less. The experimental results were compared with the asymptotic solution of Stokes equation. The result shows that fluid inertia plays all important role in the particle-wall interaction in Newtonian fluid. This implies that the motion of two particles in suspension is not reversible even in Newtonian fluid. In non-Newtonian fluid, normal stress difference and viscoelasticity play important roles as expected. In the dilute solution weak shear thinning and the migration of polymer molecules in the inhomogeneous flow field also affect the physic of the problem.
Vertical drains along with the preloading technique have been commonly used to enhance the consolidation rate of dredged placement formation. In practice, vertical drains are usually installed in the process of self-weight consolidation of a dredged soil deposit because this process takes considerable time to be completed, which makes conventional analytical or numerical models difficult to quantify the consolidation behavior. In this paper, we propose a governing partial differential equation and develop a numerical model for 2-D axisymmetric non-linear finite strain consolidation considering self-weight consolidation to predict the behavior of a vertical drain in the dredged placement foundation which is installed during the self-weight consolidation. In order to verify the developed model in this paper, results of the numerical analysis are compared with that of the lab-scaled self-weight consolidation test. In addition, the model verification has been carried out by comparing with the simplified method. The comparisons show that the developed model can properly simulate the consolidation of the dredged placement formation with the vertical drains installed during the self-weight consolidation. Finally, the effect of construction schedule of vertical drains and of pre-loading during the self-weight consolidation is examined by simulating an imaginary dredged material placement site with a thickness of 10 m and 20 m, respectively. This simulation infers the applicability of the proposed method in this research for designing a soil improvement in a soft dredged deposit when vertical drains and pre-loading are implemented before the self-weight consolidation ceases.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.1
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pp.1-9
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2000
This study shows the defect detection and sizing capability of ultrasonic guided waves in the nondestructive inspection of heat exchanger and steam generator tubing. Phase and group velocity dispersion curves for the longitudinal and flexural modes of a sample Inconel tube were presented for the theoretical analysis. EDM(Electric Discharge Machining) wears in tubing under a tube support plate and circumferential laser notches in tubing were detected by an axisymmetric and a non-axisymmetric transducer set up, respectively. EDM wears were detected with L(0, 2), L(0, 3) and L(0, 4) modes and among them L(0, 4) mode was found to be the most sensitive. It was also found that the flexural modes around L(0, 1) mode could be used for the detection and sizing of laser notches in the tubing.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.04a
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pp.281-285
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2007
The flow characteristics in the thruster should be analyzed considering its geometry and the pressure ratio to estimate its performance and etc. This paper suggests the computational result of an axisymmetric real nozzle for the altitude control of a satellite to find out the application limit that the assumption of continuum mechanics holds. The steady non-reacted compressible flow field in the unstructured grid system is computed and analyzed with varying the environmental pressure (or the degree of vacuum) under the fixed pressure ratio in a real thruster of which the area ratio of exit to throat is 56. The assumption of the continuum mechanics is not approved when the environmental pressure is reduced less than $10^{-3}$ atm.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.1
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pp.21-30
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1985
This paper deals whth the buckling as well as postbuckling analysis of axisymmertric shells taking the initial deflection effects into account. Incremental equilibrium equations, based on the principle of virtual work, were derived by the finite element method, the successive step-by-step Newton-Raphson iterative technique was adopted. To define the transition pattern of postbuckling behavior from the prebuckling state more accurately, a simple solution method was developed, i.e. the critical load was calculated by the load extrapolation method with the determinant of tangent stiffness matrix and the equilibrium configuration in the immediate postbuckling stage was obtained by perturbation scheme and eigenvalue analysis. Degenerated isoparametric shell elements were used to analyse the axisymmetric shell of revolution. And by the method developed in this paper, the computer program applicable to the nonlinear analysis of both thin and moderately thick shells was constructed. To verify the capabilities and accuracies of the present solution method, the computed results were compared with the results of analytical solutions. These results coincided fairly well in both the small deflection and large deflection ranges. Various numerical analyses were done to show the effect of initial deflection and shape of shells on buckling load and postbuckling behavior. Futhermore, corrected directions of applied loads at every increment steps were used to determine the actual effects of large deflection in non-conservative load systems such as hydrostatic pressure load. The following conclusions can be obtained. (1) The method described in this paper was found to be both economic and effective in calculating buckling load and postbuckling behavior of shell structure. (2) Buckling and postbuckling behavior of spherical caps is critically dependent upon their geometric configuration, i.e. the shape of spherical cap and quantities of the initial deflection. (3) In the analysis of large deflection problems of shells by the incremental method, corrections of the applied load directions are needed at every incremental step to compensate the follower force effects.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.240-244
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2005
In this study a simple model is developed that predicts impact damage in a composite laminate using an analytical model. The model uses a non-linear approximation method (Rayleigh-Ritz) and the large deflection plate theory to predict the number of failed plies and damage area in a quasi-isotropic composite circular plate (axisymmetric problem) due to a point impact load at its centre. It is assumed that the deformation due to a static transverse load is similar to that occurred in a low velocity impact. It is found that the model, despite its simplicity, is in good agreement with FEM predictions and experimental data for the deflection of the composite plate and gives a good estimate of the number of failed plies due to fibre breakage. The predicted damage zone could be used with a fracture mechanics model developed by the second investigator and co-workers to calculate the compression after impact strength of such laminates. This approach could save significant running time when compared to FEM solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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