The nonlinear free vibration of a nanorod subjected to finite strain is investigated. The governing equation of motion in material configuration in terms of displacement is determined. By means of Galerkin method, the Fourier series solutions satisfying some typical boundary conditions are determined. The amplitude-frequency relationship and interaction between the modes are studied. The effects of nonlocal elasticity are shown for different length of nanotubes and nonlocal parameter. The results show that nonlocal effects lead to additional internal modal interaction for nanorod vibrations.
This work is concerned with transverse vibrations of axially traveling nanobeams including strain gradient and thermal effects. The strain gradient elasticity theory and the temperature field are taken into consideration. A new higher-order differential equation of motion is derived from the variational principle and the corresponding higher-order non-classical boundary conditions including simple, clamped, cantilevered supports and their higher-order "offspring" are established. Effects of strain gradient nanoscale parameter, temperature change, shape parameter and axial traction on the natural frequencies are presented and discussed through some numerical examples. It is concluded that the factors mentioned above significantly influence the dynamic behaviors of an axially traveling nanobeam. In particular, the strain gradient effect tends to induce higher vibration frequencies as compared to an axially traveling macro beams based on the classical vibration theory without strain gradient effect.
Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G23 and G12, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G12, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.
This paper develops a nonlocal strain gradient plate model for vibration analysis of graphene sheets under thermal environments. For more accurate analysis of graphene sheets, the proposed theory contains two scale parameters related to the nonlocal and strain gradient effects. Graphene sheet is modeled via a two-variable shear deformation plate theory needless of shear correction factors. Governing equations of a nonlocal strain gradient graphene sheet on elastic substrate are derived via Hamilton's principle. Differential quadrature method (DQM) is implemented to solve the governing equations for different boundary conditions. Effects of different factors such as temperature rise, nonlocal parameter, length scale parameter, elastic foundation and aspect ratio on vibration characteristics a graphene sheets are studied. It is seen that vibration frequencies and critical buckling temperatures become larger and smaller with increase of strain gradient and nonlocal parameter, respectively.
A correlation between the low-cycle fatigue life and the scuffing-failure life is demonstrated using the plastic strain in boundary lubricated sliding. Loadings proportional to hardness with three different lubricated conditions were used to evaluate the plastic strain. As the results of scuffing tests using vacuum pump oils in nitrogen gas, plastic strain shows 0.0062, and In the mineral oils and commercial engine oils in air, plastic strain show 0.0042 and 0.00092. Those are very useful to describe quantitatively the real lubricated sliding conditions, and are very effective to find the relation between the low-cycle fatigue life and the scuffing life.
Among various calculation methods for residual stresses, inherent strain method can be useful one for its simplicity. In comparison with finite element method, it is more economical and efficient. First, inherent strain is assumed, and then incompatibility can be calculated from this inherent strain. Based on collocation method, incompatibility equation is solved assuming stress functions which satisfies boundary conditions. Assumed inherent strain can be determined through iterations on the condition that longitudinal residual stress in centerline is yield stress and transverse distortion is the same as predicted one from other method. Calculated results according to this analytic method yield good agreement with experimental ones.
The BEM, known as solving boundary value problems, could have some advantages In solving domain problems which are mostly solved by FEM and FDM. Lately, in the elastic-plastic nonlinear problems, BEM could provide the subdomain approach for the region where the plastic deformation could occur and the unknown nodal displacement of this region are added as the unknown of the boundary integral equation for this approach. In this paper, initial stress method was used to establish the formulation of such BEM approach. And a simple rectangular plate having a circular hole was analyzed to verify the suggested method and the result is compared with that from FEM. It is shown that the result of two methods are showing similar stress-strain curves at the root of perforated plate and furthermore the plastic deformation obtained by BEM shows more reasonable behavior than that of FEM.
This study investigates the effects of grain boundary structures on mechanical properties of nanocrystalline Al-0.7Mg-1.0Cu alloy using nanoindentation system. Grain boundary structure transforms to high angle grain boundaries from low angle ones with increase of heat treatment temperature and the transformation temperature is about 400℃. Young's modulus and hardness are higher in sample with low angle grain boundaries, while creep length is larger in sample with high angle ones. These results indicate that progress of plastic deformation at room temperature is more difficult in sample with low angle ones. During compression test at 200℃, strain softening occurs in all samples. However, yield strength in sample with low angle grain boundaries is higher twice than that with high angle ones due to higher activation energy for grain boundary sliding.
FBG sensor의 다중 측정성을 이용하여 모르타르 시편의 열 변형률과 온도 변화를 동시에 측정하였다. 또한, 광섬유 격자 센서를 이용하여, 열 변화에 따른 모르타르 시편의 내부 온도 구배를 측정하였다. 열 변형률을 기존 strain gauge와 함께 측정하였을 때, strain gauge는 섭씨 60도 이상의 온도에서 오차를 보이는 반면, FBG 센서는 안정된 측정값을 나타냈다. FBG 온도 sensor로 측정한 온도 변화량은 thermocouple로 측정한 값과 비교하였으며, 선형적인 대응관계를 보였다.
The accurate modeling of boundary conditions is important in simulations of the discrete element method (DEM) and can affect the numerical results significantly. In conventional triaxial compression (CTC) tests, the specimens are wrapped by flexible membranes allowing to deform freely. To accurately model the boundary conditions of CTC, new flexible boundary algorithms for 2D and 3D DEM simulations are proposed. The new algorithms are computationally efficient and easy to implement. Moreover, both horizontal and vertical component of confining pressure are considered in the 2D and 3D algorithms, which can ensure that the directions of confining pressure are always perpendicular to the specimen surfaces. Furthermore, the boundaries are continuous and closed in the new algorithms, which can prevent the escape of particles from the specimens. The effectiveness of the proposed algorithms is validated by biaxial and triaxial simulations of granular materials. The results show that the algorithms allow the boundaries to deform non-uniformly on the premise of maintaining high control accuracy of confining pressure. Meanwhile, the influences of different lateral boundary conditions on the numerical results are discussed. It is indicated that the flexible boundary is more appropriate for the models with large strain or significant localization than rigid boundary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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