Drying shrinkage of concrete occurs due to the loss of moisture and thus, it is controlled by moisture diffusion process. On the other hand, the shrinkage causes cracking of concrete and affects its moisture diffusion properties. Therefore, moisture diffusion and drying shrinkage are two coupled processes and their interactive effect is important for the durability of concrete structures. In this paper, the two material parameters in the moisture diffusion equation, i.e., the moisture capacity and humidity diffusivity, are modified by two different methods to include the effect of drying shrinkage on the moisture diffusion. The effect of drying shrinkage on the humidity diffusivity is introduced by the scalar damage parameter. The effect of drying shrinkage on the moisture capacity is evaluated by an analytical model based on non-equilibrium thermodynamics and minimum potential energy principle for a two-phase composite. The mechanical part of drying shrinkage is modeled as an elastoplastic damage problem. The coupled problem of moisture diffusion and drying shrinkage is solved using a finite element method. The present model can predict that the drying shrinkage accelerates the moisture diffusion in concrete, and in turn, the accelerated drying process increases the shrinkage strain. The coupling effects are demonstrated by a numerical example.
In this study the finite element method is utilized to predict the deflection and vibration characteristics of rectangular plates made of saturated porous functionally graded materials (PFGM) within the framework of the third order shear deformation plate theory. Material properties of PFGM plate are supposed to vary continuously along the thickness direction according to the power-law form and the porous plate is assumed of the form where pores are saturated with fluid. Various edge conditions of the plate are analyzed. The governing equations of motion are derived through energy method, using calculus of variations while the finite element model is derived based on the constitutive equation of the porous material. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling and finite element approach can provide accurate deflection and frequency results of the PFGM plates as compared to the previously published results in literature. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as porosity volume fraction, material distribution profile, mode number and boundary conditions on the natural frequencies and deflection of the PFGM plates in detail. It is explicitly shown that the deflection and vibration behaviour of porous FGM plates are significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FGM plates with porosity phases.
Mother liquid discharged from a salt-manufacturing plant was electrodialyzed at 25 and $40^{\circ}C$ in a continuous process integrated with $SO_4{^{2-}}$ ion low-permeable anion-exchange membranes to remove $Na_2SO_4$ and recover NaCl in the mother liquid. Performance of electrodialysis was evaluated by measuring ion concentration in a concentrated solution, permselectivity coefficient of $SO_4{^{2-}}$ ions against $Cl^-$ ions, current efficiency, cell voltage, energy consumption to obtain one ton of NaCl and membrane pair characteristics. The permselectivity coefficient of $SO_4{^{2-}}$ ions against $Cl^-$ ions was low enough particularly at $40^{\circ}C$ and $SO_4{^{2-}}$ transport across anion-exchange membranes was prevented successfully. Applying the overall mass transport equation, $Cl^-$ ion and $SO_4{^{2-}}$ ion transport across anion-exchange membranes is evaluated. $SO_4{^{2-}}$ ion transport number is decreased due to the decrease of electro-migration of $SO_4{^{2-}}$ ions across the anion-exchange membranes. $SO_4{^{2-}}$ ion concentration in desalting cells becomes higher than that in concentration cells and $SO_4{^{2-}}$ ion diffusion is accelerated across the anion-exchange membranes from desalting cells toward concentrating cells.
A combined stochastic diffusion and mean-field model is developed for a systematic study of the grain growth in a pure single-phase polycrystalline material. A corresponding Fokker-Planck continuity equation is formulated, and the interplay/competition of stochastic and curvature-driven mechanisms is investigated. Finite difference results show that the stochastic diffusion coefficient has a strong effect on the growth of small grains in the early stage in both two-dimensional columnar and three-dimensional grain systems, and the corresponding growth exponents are ~0.33 and ~0.25, respectively. With the increase in grain size, the deterministic curvature-driven mechanism becomes dominant and the growth exponent is close to 0.5. The transition ranges between these two mechanisms are about 2-26 and 2-15 nm with boundary energy of 0.01-1 J $m^{-2}$ in two- and three-dimensional systems, respectively. The grain size distribution of a three-dimensional system changes dramatically with increasing time, while it changes a little in a two-dimensional system. The grain size distribution from the combined model is consistent with experimental data available.
The present article reported the thermal buckling strength of the sandwich shell panel structure and subsequent improvement of the same by embedding shape memory alloy (SMA) fibre via a general higher-order mathematical model in conjunction with finite element method. The geometrical distortion of the panel structure due to the temperature is included using Green-Lagrange strain-displacement relations. In addition, the material nonlinearity of SMA fibre due to the elevated thermal environment also incorporated in the current analysis through the marching technique. The final form of the equilibrium equation is obtained by minimising the total potential energy functional and solved computationally with the help of an original MATLAB code. The convergence and the accuracy of the developed model are demonstrated by solving similar kind of published numerical examples including the necessary input parameter. After the necessary establishment of the newly developed numerical solution, the model is extended further to examine the effect of the different structural parameters (side-to-thickness ratios, curvature ratios, core-to-face thickness ratios, volume fractions of SMA fibre and end conditions) on the buckling strength of the SMA embedded sandwich composite shell panel including the different geometrical configurations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.2
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pp.184-192
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1998
This paper deals with an extended analytical solution for the mixture solidification problem, in which temperature is inherently coupled with the solute transport due to the presence of volume contraction induced flow. A new exact solution to the energy equation accounting for the convection effect in the melt is successfully derived, which allows the present analysis to cover a high initial superheating. Difference in properties between the solid and liquid phases is rigorously incorporated into the model equations in the solid fraction weighted form. Taking advantage of linearized correction factors, a systematic and easy-to-implement algorithm for determining the solidus and liquidus positions is introduced, which proves not only to converge stably but also to be very efficient. For a specific case, the present results show excellent agreements with the existing solution. The effect of convection in the melt becomes appreciable with increasing the initial superheating. It is revealed that variable properties in the mushy region significantly affect the solidification behaviors. The present study is also capable of resolving the interaction between microsegregation and macrosegregation.
The concept of dissipativity and passivity are of interest to us from a theoretical as well as a practical point of view. It is well known that the Riccati equation is derived from the dissipation inequality which expresses the fact that the system is dissipative; the energy stored inside the system doesn't exceed the amount of supply which flows into the system. The pencil model is regarded as a representation based on behavioral approach introduced by J.C. Willems. It has first order in the internal variable and zeroth order in the external variable. In general, any matrix pencil is transformed into a canonical form which is consist of several kind of sub-pencils, One of them has row full rank for $^\forall S\;\in\;\mathds{C}\;\bigcup{\infty}$, we call it under-determined mode of the model. In our opinion, most important properties of dynamical system lay in the mode. According to the properties of canonical form for pencil, it is shown that the storage function which characterizes the dissipativity of the system can be written as a LMI for the under-determined mode, if the system doesn't include impulse mode.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.497-502
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2015
In this paper, a stress function-based approach was proposed to analyze the reduction of free-edge peeling stress in smart composite laminates using piezoelectric actuator under bending load. Electro-mechanically coupled governing equation was obtained by complimentary virtual work principle. The stress state was solved by the generalized eigenvalue procedure. The free-edge peeling stress of smart composite laminates was reduced by the piezoelectric actuation. The reduction rate of peeling stress in cross-ply composite laminate is larger than that in angle ply composite laminate.
The measurement of Oxidation of nickel has been investigated using vacuum quartz microbalance in the temperature range of $500^{\circ}{\sim}800^{\circ}C$ at various oxygen pressure. The rate constants of nickel-oxidation were evaluated according to the parabolic rate law. From the Arrhenius equation, the activation energy in the range of experimental temperatures were found that $E_{act}$= 35.4 Kcal/mole. It was also found that the parabolic rate constants varied approximately as the one fifth power of the oxygen pressure for nickel-oxidation. The mechanism for the oxidation of this metal were seemed to be via cation vacancy produced by excess of oxygen dissolved in the oxide film.
This contribution presents an extended one-dimensional theory for piezoelectric beam-type structures with non-ideal electrodes. For these types of electrodes the equipotential area condition is not satisfied. The main motivation of our research is originated from passive vibration control: when an elastic structure is covered by several piezoelectric patches that are linked via resistances and inductances, vibrational energy is efficiently dissipated if the electric network is properly designed. Assuming infinitely small piezoelectric patches that are connected by an infinite number of electrical, in particular resistive and inductive elements, one obtains the Telegrapher's equation for the voltage across the piezoelectric transducer. Embedding this outcome into the framework of Bernoulli-Euler, the final equations are coupled to the wave equations for the longitudinal motion of a bar and to the partial differential equations for the lateral motion of the beam. We present results for the wave propagation of a longitudinal bar for several types of electrode properties. The frequency spectra are computed (phase angle, wave number, wave speed), which point out the effect of resistive and inductive electrodes on wave characteristics. Our results show that electrical damping due to the resistivity of the electrodes is different from internal (=strain velocity dependent) or external (=velocity dependent) mechanical damping. Finally, results are presented, when the structure is excited by a harmonic single force, yielding that resistive-inductive electrodes are suitable candidates for passive vibration control that might be of great interest for practical applications in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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