Mechanical properties of static and dynamic behavior became important since the use of conical composite tubes in large structures such as aerospace, planes, and submarines as well as leisure goods such as bicycle frames, fishing rods, and golf shafts. In the past, the mechanical property prediction model for static behavior was studied using vibration, bending, and buckling. But there is a need to study how fiber orientation error affects mechanical properties of conical composite structure because the model assumes constant fiber orientation angle. The purpose of this study is to derive an equation that can predict the static behavior of conical composite tube for bicycle frames by considering fiber orientation error with respect to various design parameters.
The surfaces of henequen fibers, which can be obtained from the leaves of agave plants, were treated with two different media, tap water and sodium hydroxide, that underwent both soaking and ultrasonic methods for the fiber surface treatment. Various biocomposites were fabricated with untreated and treated, chopped henequen fibers and polypropylene using a compression molding method. The result is discussed in terms of interfacial shear strength, flexural properties, dynamic mechanical properties, and fracture surface observations of the biocomposites. The soaking (static method) and ultrasonic (dynamic method) treatments with tap water and sodium hydroxide at different concentrations and treatment times significantly influenced the interfacial, flexural and dynamic mechanical properties of henequen/polypropylene biocomposites. The alkali treatment was more effective than the water treatment in improving the interfacial and mechanical properties of randomly oriented, chopped henequen/PP bio-composites. In addition, the application of the ultrasonic method to each treatment was relatively more effective in increasing the properties than the soaking method, depending on the treatment medium and condition. The greatest improvement in the properties studied was achieved by ultrasonic alkalization of natural fibers, which was in agreement with the other results of interfacial shear strength, flexural strength and modulus, storage modulus, and fracture surfaces.
This paper presents the dynamic instability analysis of un-damped elastically supported piezoelectric functionally graded (FG) beams subjected to in-plane static and dynamic periodic thermomechanical loadings with uncertain system properties. The elastic foundation model is assumed as one parameter Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The piezoelectric FG beam is subjected to non-uniform temperature distribution with temperature dependent material properties. The Young's modulus and Poison's ratio of ceramic, metal and piezoelectric, density of respective ceramic and metal, volume fraction exponent and foundation parameters are taken as uncertain system properties. The basic nonlinear formulation of the beam is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman strain kinematics. The governing deterministic static and dynamic random instability equation and regions is solved by Bolotin's approach with Newmark's time integration method combined with first order perturbation technique (FOPT). Typical numerical results in terms of the mean and standard deviation of dynamic instability analysis are presented to examine the effect of slenderness ratios, volume fraction exponents, foundation parameters, amplitude ratios, temperature increments and position of piezoelectric layers by changing the random system properties. The correctness of the present stochastic model is examined by comparing the results with direct Monte Caro simulation (MCS).
Thick steel plate is commonly found with mega steel structures but its properties have not been fully explored. Grade Q345GJ-C steel plate with thickness ranging from 60 mm to 120 mm are studied in this paper. Both the static and cyclic performance of material in different directions (horizontal and through-thickness directions) and locations (outer surface, 1/4 thickness and mid-depth) are experimentally obtained. The accumulative damage during cyclic loading is also calculated by using bilinear mixed hardening (BMH) constitutive relationship together with the Lemaitre's damage model. Results show that the static properties are better at the outer surface of thick steel plates than those at mid-depth. Properties in through-thickness direction are similar to those at mid-depth in the horizontal direction. The cyclic performance at different locations of a given plate is similar within the range of strain amplitude studied. However, when damage parameters identified from monotonic tensile tests are included in the numerical simulation of cyclic loading tests, damage is found accumulating faster at mid-depth than close to outer surface.
Amir, Saeed;Khani, Mehdi;Shajari, Ali Reza;Dashti, Pedram
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.2
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pp.171-180
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2017
Static and dynamic instability of a viscoelastic carbon nanotube (CNT) embedded on a thermo-elastic foundation are investigated, in this research. The CNT is modeled based on Euler-Bernoulli beam (EBB) and nonlocal small scale elasticity theory is utilized to analyze the structure. Governing equations of the system are derived using Hamilton's principle and differential quadrature (DQ) method is applied to solve the partial differential equations. The effects of variable axial load and diverse boundary conditions on static/vibration instability are studied. To verify the result of the DQ method, the Galerkin weighted residual approach is used for the instability analysis. It is observed appropriate agreement for results of two different solution methods and satisfactory accuracy with those obtained in prior studies. The results of this work could be useful for engineers and designers in order to produce and design nano/micro structures in thermo-elastic medium.
Nano Cu powders, synthesized by Pulsed Wire Evaporation (PWE) method, have been compacted by Magnetic Pulsed Cojpaction(MPC) method. The microstructure and mechanical properties were analyzed. The optimal condition for proper mechanical properties with nanostructure was found. Both pure nano Cu powders and passivated nano Cu powders were compacted, and the effect of passivated layer on the mechanical properties was investigated. The compacts by MPC, which had ultra-fine and uniform nanostructure, showed higher density of 95% of theoretical density than that of static compaction. The pur and passivated Cu compacted at $300^{\circ}C$ exhibited maximum hardnesses of 248 and 260 Hv, respectively. The wear resistance of those compacts corresponded to the hardness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.5
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pp.1543-1551
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1996
The static tensile load bearing capability of as adhesively-bonded tubular single lap jint that is calculated usign the linear mechanical properties of adhesive is usually far from the experimentally determined because the majority of the load transfer of the adhesively-bonded jointd is accomplished by the nonlinear behavior of the rubber-toughened eoxy adhesive. In this paper, both the nonlinear mechanical properties and the fabrication residual thermal stresses of adhesive were included in the calculation of the stresses of adhesively-bonded joints. The onlinear tensile properties of adhesive were approximated by an exponential form which was represented by the initial tensile modulus and ultimate tensile stength of adhesive. The stress distribution in the adhesive were calculated by applying the load obtained from the tensile tests. From the tensile tests and the stress analysis of adhesively-bonded hoints, the failure model for adhesively-bonded tubular single lap joints was proposed.
Mohamed, Salwa;Assie, Amr E.;Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.305-330
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2022
This article aims to investigate the static deflection and stress analysis of bi-directional functionally graded porous plate (BDFGPP) modeled by unified higher order kinematic theories to include the shear stress effects, which not be considered before. Different shear functions are described according to higher order models that satisfy the zero-shear influence at the top and bottom surfaces, and hence refrain from the need of shear correction factor. The material properties are graded through two spatial directions (i.e., thickness and length directions) according to the power law distribution. The porosities and voids inside the material constituent are described by different cosine functions. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equilibrium equation of bi-directional FG porous plate structures. An efficient numerical differential integral quadrature method (DIQM) is exploited to solve the coupled variable coefficients partial differential equations of equilibrium. Problem validation and verification have been proven with previous prestigious work. Numerical results are illustrated to present the significant impacts of kinematic shear relations, gradation indices through thickness and length, porosity type, and boundary conditions on the static deflection and stress distribution of BDFGP plate. The proposed model is efficient in design and analysis of many applications used in nuclear, mechanical, aerospace, naval, dental, and medical fields.
In this article, static deflection and buckling of functionally graded (FG) nanoscale beams made of porous material are carried out based on the nonlocal Timoshenko beam model which captures the small scale influences. The exact position of neutral axis is fixed, to eliminate the stretching and bending coupling due to the unsymmetrical material change along the FG nanobeams thickness. The material properties of FG beam are graded through the thickness on the basis of the power-law form, which is modified to approximate the material properties with two models of porosity phases. By employing Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of FG nanobeams are obtained and solved analytically for simply-supported boundary conditions via the Navier-type procedure. Numerical results for deflection and buckling of FG nanoscale beams are presented and validated with those existing in the literature. The influences of small scale parameter, power law index, porosity distribution and slenderness ratio on the static and stability responses of the FG nanobeams are all explored.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.6
s.261
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pp.644-650
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2007
Mechanical property evaluation of micrometer-sized structures is necessary to help design reliable microelectromechanical systems(MEMS) devices. Most material properties are known to exhibit dependence on specimen size and such properties of microscale structures are not well characterized. This paper describes techniques developed for tensile testing of thin film used in MEMS. Epi-polycrystalline silicon is currently the most widely used material, and its tensile strength has been measured as 1.52GPa. We have developed a tensile testing machine for testing microscale specimen using electro-magnetic actuator. The field magnet and the moving coil taken from an audio-speaker were utilized as the components of the actuator. Structure of specimen was designed and manufactured for easy handling and alignment. In addition to the static tensile tests, it is described that new techniques and procedures can be adopted for high cycle fatigue test of a thin film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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