In this paper mechanical behavior of the functional gradient materials (FGM) micro-gripper under thermal load and DC voltage is numerically investigated taking into account the effect of intermolecular forces. In contrary to the similar previous works, which have been conducted for homogenous material, here, the FGM material has been implemented. It is assumed that the FGM micro-gripper is made of metal and ceramic and that material properties are changed continuously along the beam thickness according to a given function. The nonlinear governing equations of the static and dynamic deflection of microbeams have been derived using the coupled stress theory. The equations have been solved using the Galerkin based step-by-step linearization method (SSLM). The solution procedure has been evaluated against available data of literature showing good agreement. A parametric study has been conducted, focusing on the combined effects of important parameters included DC voltage, temperature variation, geometrical dimensions and ceramic volume concentration on the dynamic response and stability of the FGM micro-gripper.
Applications of membrane mechanisms are widely found in nano-devices and nano-sensor technologies nowadays. An alternative approach for large deflection analysis of the orthotropic, elliptic membranes - subject to gravitational, uniform pressures often found in nano-sensors - is described in this paper. The material properties of membranes are assumed to be orthogonally isotropic and linearly elastic, while the principal directions of elasticity are parallel to the coordinate axes. Formulating the potential energy functional of the orthotropic, elliptic membranes involves the strain energy that is attributed to inplane stress resultant and the potential energy due to applied pressures. In the solution method, Rayleigh-Ritz method can be used successfully to minimize the resulting total potential energy generated. The set of equilibrium equations was solved subsequently by Newton-Raphson. The unparalleled model formulation capable of analyzing the large deflections of both circular and elliptic membranes is verified by making numerical comparisons with existing results of circular membranes as well as finite element solutions. The results are found in excellent agreements at all cases. Then, the parametric investigations are given to delineate the impacts of the aspect ratios and orthotropic elasticity on large static tensions and deformations of the orthotropic, elliptic membranes.
Moghadam, Amir Ali Amiri;Kouzani, Abbas;Zamani, Reza;Magniez, Kevin;Kaynak, Akif
Smart Structures and Systems
/
제15권6호
/
pp.1601-1623
/
2015
Electroactive polymers have attracted considerable attention in recent years due to their sensing and actuating properties which make them a material of choice for a wide range of applications including sensors, biomimetic robots, and biomedical micro devices. This paper presents an effective modeling strategy for nonlinear large deformation (small strains and moderate rotations) dynamic analysis of polymer actuators. Considering that the complicated electro-chemo-mechanical dynamics of these actuators is a drawback for their application in functional devices, establishing a mathematical model which can effectively predict the actuator's dynamic behavior can be of paramount importance. To effectively predict the actuator's dynamic behavior, a comprehensive mathematical model is proposed correlating the input voltage and the output bending displacement of polymer actuators. The proposed model, which is based on the rigid finite element (RFE) method, consists of two parts, namely electrical and mechanical models. The former is comprised of a ladder network of discrete resistive-capacitive components similar to the network used to model transmission lines, while the latter describes the actuator as a system of rigid links connected by spring-damping elements (sdes). Both electrical and mechanical components are validated through experimental results.
Employment of the wave propagation approach with the combination of Pasternak foundation equation gives birth to the shell frequency equation. Mathematically, the integral form of the Lagrange energy functional is converted into a set of three partial differential equations. A cylindrical shell is placed on the elastic foundation of Pasternak. For isotropic materials, the physical properties are same everywhere, whereas the laminated and functionally graded materials, they vary from point to point. Here the shell material has been taken as functionally graded material. The influence of the elastic foundation, wave number, length and height-to-radius ratios is investigated with different boundary conditions. The frequencies of length-to-radius and height-to-radius ratio are counter part of each other. The frequency first increases and gain maximum value in the midway of the shell length and then lowers down for the variations of wave number. It is found that due to inducting the elastic foundation of Pasternak, the frequencies increases. It is also exhibited that the effect of frequencies is investigated by varying the surfaces with stainless steel and nickel as a constituent material. MATLAB software is utilized for the vibration of functionally graded cylindrical shell with elastic foundation of Pasternak and the results are verified with the open literature.
This paper is presented to solve the buckling problem of functionally graded truncated conical shells subjected to displacement-dependent pressure which remains normal to the shell middle surface throughout the deformation process by the semi-analytical finite strip method. Material properties are assumed to be temperature dependent, and varied continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of a ceramic and metal. The governing equations are derived based on first-order shear deformation theory which accounts for through thickness shear flexibility with Sanders-type of kinematic nonlinearity. The element linear and geometric stiffness matrices are obtained using virtual work expression for functionally graded materials. The load stiffness also called pressure stiffness matrix which accounts for variation of load direction is derived for each strip and after assembling, global load stiffness matrix of the shell which may be un-symmetric is formed. The un-symmetric parts which are due to load non-uniformity and unconstrained boundaries have been separated. A detailed parametric study is carried out to quantify the effects of power-law index of functional graded material and shell geometry variations on the difference between follower and non-follower lateral buckling pressures. The results indicate that considering pressure stiffness which arises from follower action of pressure causes considerable reduction in estimating buckling pressure.
Mahmoudi, Abdelkader;Benyoucef, Samir;Tounsi, Abdelouahed;Benachour, Abdelkader;Bedia, El Abbas Adda
Earthquakes and Structures
/
제14권2호
/
pp.117-128
/
2018
In this research work, free vibrations of simply supported functionally graded plate resting on a Winkler-Pasternak elastic foundation are investigated by a new shear deformation theory. The influence of alternative micromechanical models on the macroscopic behavior of a functionally graded plate based on shear-deformation plate theories is examined. Several micromechanical models are tested to obtain the effective material properties of a two-phase particle composite as a function of the volume fraction of particles which continuously varies through the thickness of a functionally graded plate. Present theory exactly satisfies stress boundary conditions on the top and the bottom of the plate. The energy functional of the system is obtained using Hamilton's principle. The closed form solutions are obtained by using Navier technique, and then fundamental frequencies are found by solving the results of eigenvalue problems. Finally, the numerical results are provided to reveal the effect of explicit micromechanical models on natural fundamental frequencies.
Shen, Amy Q.;Hamlington, B.D.;Knoblauch, Michael;Peters, Winfried S.;Pickard, William F.
Smart Structures and Systems
/
제2권3호
/
pp.225-235
/
2006
With the discovery in plants of the proteinaceous forisome crystalloid (Knoblauch, et al. 2003), a novel, non-living, ATP-independent biological material became available to the designer of smart materials for advanced actuating and sensing. The in vitro studies of Knoblauch, et al. show that forisomes (2-4 micron wide and 10-40 micron long) can be repeatedly stimulated to contract and expand anisotropically by shifting either the ambient pH or the ambient calcium ion concentration. Because of their unique abilities to develop and reverse strains greater than 20% in time periods less than one second, forisomes have the potential to outperform current smart materials as advanced, biomimetic, multi-functional, smart sensors or actuators. Probing forisome material properties is an immediate need to lay the foundation for synthesizing forisomebased smart materials for health monitoring of structural integrity in civil infrastructure and for aerospace hardware. Microfluidics is a growing, vibrant technology with increasingly diverse applications. Here, we use microfluidics to study the surface interaction between forisome and substrate and the conformational dynamics of forisomes within a confined geometry to lay the foundation for forisome-based smart materials synthesis in controlled and repeatable environment.
This work employed density functional theory to investigate the structural and ferroelectric properties of the Ruddlesden-Popper (RP) phase of lead titanate, $Pb_2TiO_4$, as well as its phase transitions with epitaxial strain. A wealth of novel structural instabilities, which are absent in the host $PbTiO_3$ material, were identified in the RP phase through phonon soft-mode analysis. Our calculations showed that the ground state of $Pb_2TiO_4$ is antiferroelectric, distinct from the dominant ferroelectric phase in the corresponding host material. In addition, applied epitaxial strain was found to play a key role in the interactions among the instabilities. The induction of a sequence of antiferroelectric and antiferrodistortive (AFD) phase transitions by epitaxial strain was demonstrated, in which the ferroic instability and AFD distortion were cooperative rather than competitive, as is the case in the host $PbTiO_3$. The RP phase in conjunction with strain engineering thus represents a new approach to creating ferroic orders and modifying the interplay among structural instabilities in the same constituent materials, enabling us to tailor the functionality of perovskite oxides for novel device applications.
Maillard reaction products like melanoidins present in industrial fermentation wastewaters are complex compounds with various functional properties. In this work, novel ultrafiltration (UF) mixed matrix membrane (MMM) composed of polysulfone (PSF) and nanocomposites was prepared through a phase inversion process for the recovery of melanoidins. Nanocomposites were prepared with acid functionalized multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) as the reinforcing filler for chitosan-thermoplastic starch blend. Higher nanocomposites content in the PSF matrix reduced the membrane permeability and melanoidins retention indicating tighter membrane with surface defects. The membrane surface defects could be sealed with dilute polyvinyl alcohol (PVA) solution. The best performing membrane (1% nanocomposites in 18% PSF membrane sealed with 0.25% PVA coating) resulted in uniform melanoidins retention of 98% and permeability of 3.6 L/m2 h bar over a period of 8h. This demonstrates a low fouling PSF membrane for high melanoidins recovery.
This paper presents an analytical study of wave propagation in simply supported graduated functional plates resting on a two-parameter elastic foundation (Pasternak model) using a new theory of high order shear strain. Unlike other higher order theories, the number of unknowns and governing equations of the present theory is only four unknown displacement functions, which is even lower than the theory of first order shear deformation (FSDT). Unlike other elements, the present work includes a new field of motion, which introduces indeterminate integral variables. The properties of the materials are assumed to be ordered in the thickness direction according to the two power law distributions in terms of volume fractions of the constituents. The wave propagation equations in FG plates are derived using the principle of virtual displacements. The analytical dispersion relation of the FG plate is obtained by solving an eigenvalue problem. Numerical examples selected from the literature are illustrated. A good agreement is obtained between the numerical results of the current theory and those of reference. A parametric study is presented to examine the effect of material gradation, thickness ratio and elastic foundation on the free vibration and phase velocity of the FG plate.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.