We in this paper study nonlinear bending of a functionally graded porous nanobeam subjected to multiple physical load based on the nonlocal strain gradient theory. For more reasonable analysis of nanobeams made of porous functionally graded magneto-thermo-electro-elastic materials (PFGMTEEMs), both constituent materials and the porosity appear gradient distribution in the present expression of effective material properties, which is much more suitable to the actual compared with the conventional expression of effective material properties. Besides the displacement function regarding physical neutral surface is introduced to analyze mechanical behaviors of beams made of FGMs. Then we derive nonlinear governing equations of PFGMTEEMs beams using the principle of Hamilton. To obtain analytical solutions, a two-step perturbation method is developed in nonuniform electric field and magnetic field, and then we use it to solve nonlinear equations. Finally, the analytical solutions are utilized to perform a parametric analysis, where the effect of various physical parameters on static bending deformation of nanobeams are studied in detail, such as the nonlocal parameter, strain gradient parameter, the ratio of nonlocal parameter to strain gradient parameter, porosity volume fraction, material volume fraction index, temperature, initial magnetic potentials and external electric potentials.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.54-62
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2019
In this paper, a stress-strain model for high-strength confined concrete is proposed using compressive fracture energy. In the compression test performed by author in Reference [6], an acrylic bar with strain gauges was embedded in the center of the specimen to measure the local strain distribution. It was found from the test that the local strain measurement by this acrylic rod is very effective. The local fracture zone length was defined based on the local strain distribution measured by the acrylic rod. Specifically, it was defined as the length where the local strain increases more than twice of the strain corresponding to maximum stress. In addition, the stress-strain relationship of confined concrete with compressive fracture energy is proposed on the assumption that the amount of energy absorbed by the compressive members subjected to the given lateral confining pressure is constant regardless of the aspect ratio and size. The proposed model predicts even results from other researchers accurately.
Kim, Suk-Hun;Park, Myong-Gil;An, Song-Tao;Cho, Sung-Kyum;Chang, Seung-Hwan
Composites Research
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v.22
no.3
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pp.29-34
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2009
In this paper, finite element analyses were used to estimate the strain distribution at the fracture site of a tibia bone. A stainless steel bone plate and various composite bone plates were considered to find out the best conditions for callus generation while bone fracture was cured for 16 weeks. Through this research, the appropriate load condition which makes the strains between the appropriate range($2{\sim}10%$) was sought. From this analysis, it was found that lower level of external load is needed for the appropriate strain for the case of composite bone plate application and it was also found that the composite bone plate had potential advantages for effective bone fracture healing relieved stress shielding effect.
Mirzaei, Manouchehr Mohammad Hosseini;Arefi, Mohammad;Loghman, Abbas
Steel and Composite Structures
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v.33
no.3
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pp.463-472
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2019
Initial thermo-elastic and steady state creep deformation of a rotating functionally graded simple blade is studied using first-order shear deformation theory. A variable thickness model for cantilever beam has been considered. The blade geometry and loading are defined as functions of length so that one can define his own blade profile and loading using any arbitrary function. The blade is subjected to a transverse distributed load, an inertia body force due to rotation and a distributed temperature field due to a thermal gradient between the tip and the root. All mechanical and thermal properties except Poisson's ratio are assumed to be longitudinally variable based on the volume fraction of reinforcement. The creep behaviour is modelled by Norton's law. Considering creep strains in stress strain relation, Prandtl-Reuss relations, Norton' law and effective stress relation differential equation in term of effective creep strain is established. This differential equation is solved numerically. By effective creep strain, steady state stresses and deflections are obtained. It is concluded that reinforcement particle size and form of distribution of reinforcement has significant effect on the steady state creep behavior of the blade.
Bursting during tube hydroforming is preceded by localized necking. The retardation of the initiation of necking is a means to enhance hydroformability. Since high strain gradients occur at the necking sites, a decrease in local strain gradients is an effective way to retard the initiation of necking. In the current study, the expansion at potential necking sites was intentionally restricted in order to reduce the strain gradient at potential necking sites. From the strain distribution obtained from FEM, it is possible to determine strain concentrated zones, which are the potential necking sites. Prior to the hydroforming of a trailing arm, an incompressible material(such as lead) is attached to the tube where the strain-concentrated zone would contact the die. Due to the incompressibility of lead, the tube expansion is locally restricted, and the resultant strain extends to adjacent regions of the tube during hydroforming. After the first stage of hydroforming, the lead is removed from the tube, and the hydroforming continues to the final targeted shape without any local restriction. This method was successfully used to fabricate a complex shaped automotive trailing arm that had previously failed during traditional hydroforming fabrication.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.1
no.3
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pp.71-84
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1984
This paper examined strain distribution and radius of curvature of the bulge by finite element method and investigated limit polar thickness strain to predict the formability of sheet metal as we substituted effective strain and the radius of curvature obtained by FEM into instability condition equation successively. In experiment, the radius of curvature and limit polar thickness strainwere obtained by Moire method. Also, a concent- ric set of photogrid circles was used to measure the strain of arbitrary point and mild steel was used as material. This results obtained are as follows: 1) The radius of curvature obtained by FEM is in good agreement with the Moire experimental value. 2) The polar thickness strain is getting larger as the inside is approached from the edge. This means that fracture occurred near the ploe. 3) The circumferential strains agree closely with the meridian strains and the polar thickness strain is about twice the circumferential (or meridian) strain. This result agrees with the fact that anisotropy coefficient (R-value) obtained by tensile test is about one. 4) The theoretical results of limit polar thickness strain obtained by authors' method are better agreement with experimental results than other theoretical results. Therefore, we can better predict the formability of sheet metal with authors' method.
Identification of damage location based on modal measurement is an important problem in structural health monitoring. The damage index method that attempts to evaluate the changes in modal strain energy distribution has been found to be effective under certain circumstances. In this paper two damage index methods using bending strain energy and shear strain energy have been evaluated for numerous cases at different locations and degrees of damage. The objective is to evaluate the feasibility of the damage index method to localize the damage on large span concrete bridge. Finite element models were used as the test structures. Finally this method was used to predict the damage location in an actual structure, using the results of a modal survey from a large concrete bridge.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.714-724
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2001
In this work, some inaccuracies and limitation of prior indentation theory, which is based on the deformation theory of plasticity and experimental observations, are first investigated. Then effects of major material properties on the configuration of indentation load-deflection curve are examined via incremental plasticity theory based finite element analyses. It is confirmed that subindenter deformation and stress-strain distribution from the deformation theory of plasticity are quite dissimilar to those from incremental theory of plasticity. We finally suggest the optimal data acquisition location, where the strain gradient is the least and the effect of friction is negligible. This data acquisition point increases the strain range by a factor of five.
In this work, some inaccuracies and limitation of prior indentation theory, which is based on the deformation theory of plasticity and experimental observations, are first investigated. Then effects of major material properties on the configuration of indentation load-deflection curve are examined via incremental plasticity theory based finite element analyses. It is confirmed that subindenter deformation and stress-strain distribution from the deformation theory of plasticity are quite dissimilar to those from incremental theory of plasticity. We finally suggest the optimal data acquisition location, where the strain gradient is the least and the effect of friction is negligible. This data acquisition point increases the strain range by a factor of five.
This paper presents a method of design for the energy harvesting of a piezoelectric cantilever beam. Vibration modes have strain nodes where the strain distribution changes in the direction of the beam length. Covering the strain nodes of the vibration modes with continuous electrodes effects a cancellation of the voltages outputs. The use of segmented electrodes avoids cancellations of the voltage for multi-mode vibration. The resistive load affects the voltage and generated power. The optimum resistive load is considered for segmented and continuous electrodes, and then the power output is verified. One of the effective parameters on energy harvesting performance is the existence of concentrated mass. This topic is studied in this paper. Resonance and off-resonance cases are considered for the harvester. In this paper, both theoretical and experimental methods are used for satisfactory results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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