The main objective of this study is to examine the sensitivity of calibration curves of FEA of ring compression test to frictional shear factor. Ring compression test has been investigated by measuring dimensional changes at different positions of ring specimen and they include the changes in internal diameter at the middle and top section of the specimen, outer diameter at the middle and top section, surface expansion at the top surface, respectively. Initial ring geometries employed in analysis maintain a fixed ratio of 6 : 3 : 2, i.e. outer diameter : inner diameter : thickness of the ring specimen, which is generally known as 'standard' specimen. A rigid plastic material for different work-hardening characteristics has been modeled for simulations using rigid-plastic finite element code. Analyses have been performed within a definite range of friction as well as over whole range of friction to show different sensitivities to the interfacial friction for different ranges of friction. The results of investigation in this study have been summarized in terms of a dimensionless gradient. It has been known from the results that the dimensional changes at different positions of ring specimen show different linearity and sensitivity to the frictional condition on the contact surface.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.10
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pp.875-880
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2016
In this study, we proposed an effective and simple way to directly generate wrinkle patterns on a curved surface. A curved surface was prepared using a 3D printer and an UV (Ultraviolet)-lighting system was utilized to weakly polymerize the UV-curable thin resin layer coated on the surface, resulting in a gradient of material properties in the layer thickness. Subsequently, a thermal curing process was conducted to generate microscale wrinkles by compressive forces that were generated during complete curing. Wrinkle shapes from 5, 15, 25 sec of UV-light exposure were compared. With increasing UV-exposure, the line-width of wrinkles became thicker due to much higher strength of skin zone. The results indicated that the proposed fabrication process could be utilized for surface modification in diverse research fields.
Forward osmosis (FO) is an emerging membrane technology with potential applications in desalination and wastewater reclamation. The osmotic pressure gradient across the FO membrane is used to generate water flux. In this study, flux performance and foulant deposition on the FO membrane were systematically investigated with a co-current cross-flow membrane system. Sodium alginate (SA), bovine serum albumin (BSA) and tannic acid (TA) were used as model foulants. Organics adsorbed on the membrane were peeled off via oscillation and characterized by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). When an initial flux of $8.42L/m^2h$ was applied, both flux reduction and foulant deposition were slight for the feed solution containing BSA and TA. In comparison, flux reduction and foulant deposition were much more severe for the feed solution containing SA, as a distinct SA cake-layer was formed on the membrane surface and played a crucial role in membrane fouling. In addition, as the initial SA concentration increased in FS, the thickness of the cake-layer increased remarkably, and the membrane fouling became more severe.
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.
This paper focuses on thermal post-buckling analysis of functionally graded beams with temperature dependent physical properties by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. Material properties of the beam change in the thickness direction according to a power-law function. The beam is clamped at both ends. In the case of beams with immovable ends, temperature rise causes compressible forces and therefore buckling and post-buckling phenomena occurs. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. Also, the material properties (Young's modulus, coefficient of thermal expansion, yield stress) are temperature dependent: That is the coefficients of the governing equations are not constant in this study. This situation suggests the physical nonlinearity of the problem. Hence, the considered problem is both geometrically and physically nonlinear. The considered highly non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. In this study, the differences between temperature dependent and independent physical properties are investigated for functionally graded beams in detail in post-buckling case. With the effects of material gradient property and thermal load, the relationships between deflections, critical buckling temperature and maximum stresses of the beams are illustrated in detail in post-buckling case.
The purpose of this paper is to study the geometrically nonlinear free vibration of functionally graded nano/micro beams (FGNBs) based on the modified couple stress theory. For practical applications, some analytical expressions of nonlinear frequencies for FGNBs on a nonlinear Pasternak foundation are developed. Hamilton's principle is employed to obtain nonlinear governing differential equations in the context of both Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories for a comprehensive investigation. The modified continuum theory contains one material length scale parameter to capture the size effect. The variation of two-constituent material along the thickness is modeled using Reddy's power-law. Also, the Mori-Tanaka method as an accurate homogenization technique is implemented to estimate the effective material properties of the FGNBs. The results are presented for both hinged-hinged and clamped-clamped boundary conditions. The nonlinear partial differential equations are reduced to ordinary differential equations using Galerkin method and then the powerful method of homotopy analysis is utilized to obtain the semi-analytical solutions. Eventually, the presented analytical expressions are used to examine the influences of the length scale parameter, material gradient index, and elastic foundation on the nonlinear free vibration of FGNBs.
Moshkelgosha, Ehsan;Askari, Ehsan;Jeong, Kyeong-Hoon;Shafiee, Ali Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.2
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pp.231-244
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2017
The aim of this study is to develop a semi-analytical method to investigate fluid-structure coupling of concentric double shells with different lengths and elastic behaviours. Co-axial shells constitute a cylindrical circular container and a baffle submerged inside the stored fluid. The container shell is made of functionally graded materials with mechanical properties changing through its thickness continuously. The baffle made of steel is fixed along its top edge and submerged inside fluid such that its lower edge freely moves. The developed approach is verified using a commercial finite element computer code. Although the model is presented for a specific case in the present work, it can be generalized to investigate coupling of shell-plate structures via fluid. It is shown that the coupling between concentric shells occurs only when they vibrate in a same circumferential mode number, n. It is also revealed that the normalized vibration amplitude of the inner shell is about the same as that of the outer shell, for narrower radial gaps. Moreover, the natural frequencies of the fluid-coupled system gradually decrease and converge to the certain values as the gradient index increases.
In this paper, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanobeams embedded on elastic medium are investigated based on third order shear deformation (Reddy) beam theory by presenting a Navier type solution for the first time. The material properties of FG nanobeam are assumed to vary gradually along the thickness and are estimated through the power-law and Mori-Tanaka models. A two parameters elastic foundation including the linear Winkler springs along with the Pasternak shear layer is in contact with beam. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal equations of motion are derived based on third order shear deformation beam theory through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FG nanobeams as compared to some cases in the literature. The obtained results are presented for the vibration analysis of the FG nanobeams such as the influences of foundation parameters, gradient index, nonlocal parameter and slenderness ratio in detail.
Dimensional defects of castings are mainly due to the stresses and strains caused by a nonuniform temperature distribution and phase transformation during solidification and cooling, and by mechanical constraint between the mold and casting. It is, however, nearly impossible to trace movements of the casting and mold during solidification and cooling by experimental measurements for castings with complex shape. Two and three dimensional deformation analyses of the casting and the mold were performed using commercial finite element code, MARC. It was possible to calculate deformation and temperature distribution in the casting and mold simultaneously. Cooling curves of the casting obtained by calculation were close to that measured in the field since it was possible to treat latent heat evolution of the casting which could be divided into two parts, primary and eutectic parts. Mold bent inward just after pouring due to the temperature gradient across the mold thickness, and mold returned to its previous position with time. Plastic deformation occurred at the part of the casting where solidification was slow.
In the case of using high temperature by coating ceramic/metal, large stress was produced due to difference of thermal expansion coefficient between those. And then lead to delamination. In order to relaxation of the stress A1$_2$O$_3$/SS316 composite powders with $10wt.%Al_2O_3$ compositional gradient and $10wt.%Al_2O_3$ agglomerated powder were made by spray drying method. These powders were sintered to improve the strength and to be plasma sprayed in order to fabricate the FGC(functionally graded coating). The influence of gun power, working distance and Ar pressure on the microstructure of the coating layer was studied in order to optimize the plasma spray conditions. It was proven that the optimum conditions were 40kw gun power, 5cm working distance and $100ft^3/h$ Ar flow for both powders. FGC with 10 compositional steps was fabricated and the total thickness was 1.3mm. FGC was heat treated at $1100^{\circ}C$for 10hours to evaluate the heat resisting characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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