The purpose of this research is to study the nonlinear free vibration and post-buckling analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) beams resting on a nonlinear elastic foundation. Uniformly and functionally graded distributions of single walled carbon nanotubes as reinforcing phase are considered in the polymeric matrix. The modified form of rule of mixture is used to estimate the material properties of CNTRC beams. The governing equations are derived employing Euler-Bernoulli beam theory along with energy method and Hamilton's principle. Applying von $K\acute{a}rm\acute{a}n's$ strain-displacement assumptions, the geometric nonlinearity is taken into consideration. The developed governing equations with quadratic and cubic nonlinearities are solved using variational iteration method (VIM) and the analytical expressions and numerical results are obtained for vibration and stability analysis of nanocomposite beams. The presented comparative results are indicative for the reliability, accuracy and fast convergence rate of the solution. Eventually, the effects of different parameters, such as foundation stiffness, volume fraction and distributions of carbon nanotubes, slenderness ratio, vibration amplitude, coefficients of elastic foundation and boundary conditions on the nonlinear frequencies, vibration response and post-buckling loads of FG-CNTRC beams are examined. The developed analytical solution provides direct insight into parametric studies of particular parameters of the problem.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.689-692
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2001
In this paper, the pizoelectric and dielectric properties of 0.95Pb(ZrxTil-x)O$_3$- 0.05Pb(Mn$\_$0.2/Fe$\_$0.4/W$\_$0.4/)O$_3$piezoelectric ceramics is investigated as a function of Zr/Ti mole ratio. Also, MPB(Morphotropic Phase Boundary) and optimal sintering temperature is studied using XRD and SEM. As a results, when Zr/Ti mole ratio is 52/48, electromechanical coupling factor, k$\_$p/, is 58[%], permittivity, $\varepsilon$$\^$T/$\_$33//$\varepsilon$0, is 1360 and piezoelectric strain constant, d$\_$33/ is 265[pC/N] and the piezoelectric and dielectric properties become maximum. Phase transition temperature of its ternary piezoelectric system is about 350[$^{\circ}C$]. From the XRD analysis, when Zr/Ti mole ratio is 52/48, tetragonal phase transits to rhombohedral phase. Also, From measuring results of the sintering density, when sintering temperature is 1050[$^{\circ}C$], sintering density become maximum and is about 7930[kg/㎥], and average grain size is about 2-3[$\mu\textrm{m}$].
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2017.10a
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pp.8-13
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2017
The rolled carbon steel plate has anisotropic property in Z-direction(thickness direction). This is induced by cooling rate difference of Z-direction and sulfur which make non-metallic inclusion(MnS) at center line of thickness direction. Z-directional mechanical properties of normal steel plate are not generally specified and it is defined for Z-Quality steel only through tensile test in Z-direction. If Z-quality steel is not applied for cruciform joint, the lamella tearing will be occurred by tensile stress after welding & during operation of the structure. In this research, one equation estimating Z-directional(orthogonal to plate) stress was developed to prevent lamella tearing by welding. This equation deals with plate thickness & joint configuration(eccentricity, angle and curvature). Analyses were done by strain boundary method using sectional FE modeling and FE 3D models are also used for some cases. Designers can predict the possibility of lamella tearing by adequately applying the result and can appropriately minimize the application of Z-quality steel by revising welding design to some extent.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.5
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pp.837-845
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1987
In the research of the rolling of strip, producing the strip with a close tolerance of thickness over the rolling direction was a principal object. But it was solved by the contribution of two-dimensional theory of rolling and the development of automatic gauge control system. And new requirements for the study of flatness, crown of rolled strip and edge drop grow up recently. These phenomena are closely related with the thickness distribution along the lateral direction of rolled strip. To analyse the thickness distribution of rolled strip along the lateral direction, elastic deformation of rolls and plastic deformation of work material must be discussed simultaneously. In this report, an approximate three-dimensional analysis based on Tozawa's three dimensional approach was applied to 12 cases of different rolling conditions and the numerical results were investigated. Especially stresses were laid upon the investigation of optimal boundary position between the three-dimensional analysis region and the plane strain analysis region.
To overcome the drawback of currently available curved beam theories having non-symmetric thin-walled cross sections, a curved beam theory based on centroid-shear center formulation is presented for the spatially coupled free vibration and elastic analysis. For this, the displacement field is expressed by introducing displacement parameters defined at the centroid and shear center axes, respectively. Next the elastic strain and kinetic energies considering the thickness-curvature effect and the rotary inertia of curved beam are rigorously derived by degenerating the energies of the elastic continuum to those of curved beam. And then the equilibrium equations and the boundary conditions are consistently derived for curved beams having non-symmetric thin-walled cross section. It is emphasized that for curved beams with L- or T-shaped sections, this thin-walled curved beam theory can be easily reduced to the solid beam theory by simply putting the sectional properties associated with warping to zero. In order to illustrate the validity and the accuracy of this study, FE solutions using the Hermitian curved beam elements are presented and compared with the results by previous research and ABAQUS's shell elements.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.10
no.2
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pp.136-145
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1986
The perfect and accurate methods to control the wear are not made clear so far. For this phenomenon only mating surface has been studied. In order to control the wear the essence of it has to be made clear. It is reported that adhesive wear might occure as a result of plastic deformation, the fracture and removal or transfer asperities on close contacting surfaces. On this view point the plastic flow was attempted to compare with fluid or electromagnetic flow. The partial differential equations of equilibrium for the plane strain deformation will make use of the method of characteristics. The characteristic curves or characteristics of the hyperbolic equation coincide with the slip lines by R. Hill's papers. By Hencky's stress equation, it is evident that if P and .phi. are prescribed for a boundary condition then it may be possible to proceed along constant .alpha. and .betha. lines to determine the value of the hydrostatic pressure everywhere in the slip line field net work. A wedge formation mechanism has been considered for an explanation of this matters. The analysis shows that there is a critical value, which depends on the hardness ratio and the shear stress on the interface, for the top angle of asperity is less than this critical value, the asperity can yield plastically despite of being harder than the mating surface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.834-845
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1995
An experimental study is made in a nearly two-dimensional 90.deg. curved duct to investigate the effects of interaction between streamline curvature and mean strain on turbulence. The initial shear at the entrance to the curved duct is varied by an upstream shear generator to produce five different shear conditions ; a uniform flow (UF), a positive weak shear (PW), a positive strong shear(PS), a negative weak shear (NW) and a negative strong shear(NS). With the mean field data of the case UF, variations of the momentum thickness, the shape factor and the skin friction over the convex(inner) surface and the concave (outer) surface are scrutinized quantitatively in-depth. It is found that, while the pressure loss due to curvature is insensitive to the inlet shear rates, the distributions of wall static pressure along both convex and concave surfaces are much influenced by the inlet shear rates.
Arani, Ali Ghorbanpour;Kolahchi, Reza;Esmailpour, Masoud
Smart Structures and Systems
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v.18
no.4
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pp.787-800
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2016
The aim of the paper is to analyze nonlinear transverse vibration of an embedded piezoelectric plate reinforced with single walled carbon nanotubes (SWCNTs). The system in rested in a Pasternak foundation. The micro-electro-mechanical model is employed to calculate mechanical and electrical properties of nanocomposite. Using nonlinear strain-displacement relations and considering charge equation for coupling between electrical and mechanical fields, the motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. These equations can't be solved analytically due to their nonlinear terms. Hence, differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing differential equations for the case when all four ends are clamped supported and free electrical boundary condition. The influences of the elastic medium, volume fraction and orientation angle of the SWCNTs reinforcement and aspect ratio are shown on frequency of structure. The results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency increases. This study might be useful for the design and smart control of nano/micro devices such as MEMS and NEMS.
Kheirikhah, M.M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.44
no.1
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pp.15-34
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2012
In the present paper, an improved high-order theory is used for bending analysis of soft-core sandwich plates. Third-order plate assumptions are used for face sheets and quadratic and cubic functions are assumed for transverse and in-plane displacements of the orthotropic soft core. Continuity conditions for transverse shear stresses at the interfaces as well as the conditions of zero transverse shear stresses on the upper and lower surfaces of the plate are satisfied. Also, transverse flexibility and transverse normal strain and stress of the orthotropic core are considered. The equations of motion and boundary conditions are derived by principle of minimum potential energy. Analytical solution for bending analysis of simply supported sandwich plates under various transverse loads are presented using Navier's solution. Comparison of the present results with those of the three-dimensional theory of elasticity and some plate theories in the literature confirms the accuracy of the proposed theory.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.1033-1039
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2006
To overcome the drawback of currently available curved beam theories having non-symmetric thin-walled cross sections, a curved beam theory based on centroid-shear center formulation is presented for the spatially coupled free vibration and elastic analyses. For this, the elastic strain and kinetic energies considering the thickness-curvature effect and the rotary inertia of curved beam are derived by degenerating the energies of the elastic continuum to those of curved beam. And then the equilibrium equations and the boundary conditions are consistently derived for curved beams having non-symmetric thin-walled cross section. It is emphasized that for curved beams with L- or T-shaped sections, this thin-walled curved beam theory can be easily reduced to tl1e solid beam theory by simply putting the sectional properties associated with warping to zero. In order to illustrate the validity and the accuracy of this study, FE solutions using the Hermitian curved beam elements are presented and compared with the results by previous research and ABAQUS's shell elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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