In the current paper, an exact solution method is carried out for analyzing the thermo-mechanical vibration of curved FG nano-beams subjected to uniform thermal environmental conditions, by considering porosity distribution via nonlocal strain gradient beam theory for the first time. Nonlocal strain gradient elasticity theory is adopted to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field is considered. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Material properties of curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and are supposed to vary through the thickness direction of beam which modeled via modified power-law rule. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, porosity play a key role in the mechanical response of curved FG nano-structures. The governing equations and related boundary condition of curved porous FG nanobeam under temperature field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved nanobeam supposed to thermal loading. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, porosity volume fractions, thermal effect, gradient index, opening angle and aspect ratio on the natural frequency of curved FG porous nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play key roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
Glass ceramic has a high mechanical strength and low sintering temperature. So, it can be used as a thick film substrate or a high strength insulator. A series of glass ceramic samples based on MgO-$Al_2O_3-SiO_2-ZrO_2$ (MASZ) were prepared by melting at $1,600^{\circ}C$, roll-quenching and heat treatment at various temperatures from $900^{\circ}C$ to $1,400^{\circ}C$. Dependent on the heat treatment temperature used, glass ceramics with different crystal phases were obtained. Their nucleation behavior, microstructure and mechanical properties were investigated with differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and Vicker's hardness testing machine. With increasing the heat treatment temperature of MASZ samples, their hardness and toughness initially increase and then reach the maximum points at $1,300^{\circ}C$, and begin to decrease at above this temperature, which is likely to be due to the softening of glass ceramics. As the content of $ZrO_2$ in MAS glass ceramics increases from 7.0 wt.% to 13 wt.%, Vicker's hardness and fracture toughness increase from $853Kg/mm^2$ to $878Kg/mm^2$ and $1.6MPa{\cdot}m^{1/2}$ to $2.4MPa{\cdot}m^{1/2}$ respectively, which seems to be related with the nucleation of elongated phases like fiber.
The alumina substrates that Ni electrode was printed on and the multi-layered PTCR thermistors of which composition is $(Ba_{0.998}Ce_{0.002})TiO_3+0.001MnCO_3+0.05BN$ were fabricated by a thick film process, and the effect of re-oxidation temperature on their resistivities and resistance jumps were investigated, respectively. Ni electroded alumina substrate and the multi-layered PTC thermistor were sintered at $1150^{\circ}C$ for 2 h under $PO_2=10^{-6}$ Pa and then re-oxidized at $600{\sim}850^{\circ}C$ for 20 min. With increasing the re-oxidation temperature, the room temperature resistivity increased and the resistance jump ($LogR_{290}/R_{25}$) decreased, which seems to be related to the oxidation of Ni electrode. The small sized chip PTC thermistor such as 2012 and 3216 exhibits a nonlinear and rectifying behavior in I-V curve but the large sized chip PTC thermistor such as 4532 and 6532 shows a linear and ohmic behavior. Also, the small sized chip PTC thermistor such as 2012 and 3216 is more dependent on the re-oxidation temperature and easy to be oxidized in comparison with the large sized chip PTC thermistor such as 4532 and 6532. So, the re-oxidation conditions of chip PTC thermistor may be determined by considering the chip size.
The effects of alloying-element additions to Ag sheath on thermal conductivity and mechanical properties of Bi-2223 superconductor tapes have been evaluated. In order to evaluate the effects of sheath alloys and their configuration on the properties of tape, various combinations of Ag and Ag alloys were selected as the inner and outer sheath. Thermal conductivity of the tapes was evaluated by using thermal integral method at 10 ∼120 K. It was observed that the addition of Mg, Sb, and Au to Ag sheath significantly decreased the thermal conductivity at low temperature probably due to the alloying effect. Specifically, the thermal conductivity of AgMg, AgSb, and AgAu at 40 K were 411.4, 142.3, and 109.7 W/(m·K), respectly, which is about 2∼9 times lower than that of Ag (1004.6 W/(m·K)). In addition, the thermal conductivity of alloy-sheathed tape was significantly dependent on their thermal conductivities of constituent sheath materials. The mechanical properties of alloy-sheathed tapes were also evaluated. Yield strength and tensile strength were improved but workability decreased for alloy-sheathed tapes.
Conventional bake-hardenable(BH) steels should be annealed at higher temperatures because of the addition of Ti or/and Nb which forms carbides and raises recrystallization start temperature. In this study, the development of new BH steels without Ti or Nb addition has been reviewed. The new BH steels have nearly same mechanical properties as the conventional BH steels even though it is annealed at lower temperature. The steels also show smaller deviation of the mechanical properties than that of the conventional BH steels because of the conarol of solute carbon content during steel making processes. The deviation of mechanical properties in conventional BH steels is directly dependent on the deviation of solute carbon which is greatly influenced by the amount of the carbide formers in conventional BH steels. Less alloy addition in the newly developed BH steels gives economical benefits. By taking the advantage of sulfur and/or nitrogen which scarenge in Interstitial-Free or conventional BH steels, fine manganese sulfides or nano size copper sulfides were designed to precipitate, and result in refined ferrite grains. Aluminum nitrides used as a precipitation hardening element in the developed steels were also and resull in fine and well dispersed. As a result, the developed steels with less production cost and reduced deviation of mechanical properties are under commercial production. Note that the developed BH steels are registered as a brand name of MAFE(R) and/or MAF-E(R).
To attain power generation with body heat, the thermal resistance matched design of the thermoelectric generator was the principal factor which was not critical in the case of thermoelectric generator for the waste heat generation. The dimension of thermoelectric legs and the number of thermoelectric leg-pairs dependent output power performances of the thermoelectric generator on the human wrist condition was simulated using 1-dimensional approximated heat flow equations with the temperature dependent material coefficients of the constituent materials and the dimension of the substrate. With the optimum thermoelectric generator design, thermoelectric generator modules were fabricated by using newly developed fabrication processes, which is mass production possible. The electrical properties and the output power characteristics of the fabricated thermoelectric modules were characterized by using a home-made test set-up. The output voltage of the designed thermoelectric generator were a few tens of millivolts and its output power was several hundreds of microwatts under the conditions at the human wrist. The measured output voltage and power of the fabricated thermoelectric generator were slightly lower than those of the designed thermoelectric generator due to several reasons.
Thermal stability of quasi-isotropic composite and polymeric structures is considered one of the most important criteria in predicting life span of building structures. The outdoor applications of these structures have raised some legitimate concerns about their durability including moisture resistance and thermal stability. Exposure of such quasi-isotropic composite/polymeric structures to various and severe climatic conditions such as heat flux and frigid climate would change the material behavior and thermal viability and may lead to the degradation of material properties and building durability. This paper presents an analytical model for the generalized problem. This model accommodates the non-linearity and the non-homogeneity of the internal heat generated within the structure and the changes, modification to the material constants, and the structural size. The paper also investigates the effect of the incorporation of the temperature and/or material constant sensitive internal heat generation with four encountered climatic conditions on thermal stability of infinite cylindrical quasi-isotropic composite/polymeric structures. This can eventually result in the failure of such structures. Detailed critical analyses for four case studies which consider the population of the internal heat generation, cylindrical size, material constants, and four different climatic conditions are carried out. For each case of the proposed boundary conditions, the critical thermal stability parameter is determined. The results of this paper indicate that the thermal stability parameter is critically dependent on the cylinder size, material constants/selection, the convective heat transfer coefficient, subjected heat flux and other constants accrued from the structure environment.
Thermo-mechanical vibration of sandwich beams with a stiff core and face sheets made of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) is investigated within the framework of Timoshenko beam theory. The material properties of FG-CNTRC are supposed to vary continuously in the thickness direction and are estimated through the rule of mixture and are considered to be temperature dependent. The governing equations and boundary conditions are derived by using Hamilton's principle and are solved using an efficient semi-analytical technique of the differential transform method (DTM). Comparison between the results of the present work and those available in literature shows the accuracy of this method. A parametric study is conducted to study the effects of carbon nanotube volume fraction, slenderness ratio, core-to-face sheet thickness ratio, and various boundary conditions on free vibration behavior of sandwich beams with FG-CNTRC face sheets. It is explicitly shown that the vibration characteristics of the curved nanosize beams are significantly influenced by the surface density effects.
The transient thermo-mechanical behavior of a simply-supported beam made of a functionally graded material (FGM) under the effect of a moving heat source is investigated. The FGM consists of a ceramic part (on the top), which is the hot side of the beam as the heat source motion takes place along this side, and a metal part (in the bottom), which is considered the cold side. Grading is in the transverse direction, with the properties being temperature-dependent. The main steps of the thermo-elastic modeling included deriving the partial differential equations for the temperatures and deflections in time and space, transforming them into ordinary differential equations using Laplace transformation, and finally using the inverse Laplace transformation to find the solutions. The effects of different parameters on the thermo-mechanical behavior of the beam are investigated, such as the convection coefficient and the heat source intensity and speed. The results show that temperatures, and hence the deflections and stresses increase with less heat convection from the beam surface, higher heat source intensity and low speeds.
Thermal elastic-plastic analysis was performed to assess the initial residual stress distribution of welded joints considering temperature dependent material properties. The test model was the idealized boxing fillet specimen, frequently appeared in the joints of longitudinal and transverse members of ship structure. Residual stress relaxations due to external loads were analyzed by subsequent elastic-plastic analysis considering loading and unloading steps, and the characteristics of residual stress relaxations were discussed with the levels of external loads. Additionally, to define the fatigue life of crack initiation and propagation, the S-N data for each crack length were appraised.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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