In this research work, the hygrothermal and mechanical buckling responses of simply supported FG sandwich plate seated on Winkler-Pasternak elastic foundation are investigated using a novel shear deformation theory. The current model take into consideration the shear deformation effects and ensures the zero shear stresses on the free surfaces of the FG-sandwich plate without requiring the correction factors "Ks". The material properties of the faces sheets of the FG-sandwich plate are assumed varies as power law function "P-FGM" and the core is isotropic (purely ceramic). From the virtual work principle, the stability equations are deduced and resolved via Navier model. The hygrothermal effects are considered varies as a nonlinear, linear and uniform distribution across the thickness of the FG-sandwich plate. To check and confirm the accuracy of the current model, a several comparison has been made with other models found in the literature. The effects the temperature, moisture concentration, parameters of elastic foundation, side-to-thickness ratio, aspect ratio and the inhomogeneity parameter on the critical buckling of FG sandwich plates are also investigated.
The present study examines the natural frequencies (NFs) of perfect/imperfect functionally graded sandwich beams (P/IP-FGSBs), which are composed of a porous core constructed of functionally graded materials (FGMs) and a homogenous isotropic metal and ceramic face sheets resting on elastic foundations. To accomplish this, the material properties of the FGSBs are assumed to vary continuously along the thickness direction as a function of the volume fraction of constituents expressed by the modified rule of the mixture, which includes porosity volume fraction represented using four distinct types of porosity distribution models. Additionally, to characterize the reaction of the two-parameter elastic foundation to the Perfect/Imperfect (P/IP) FGSBs, the medium is assumed to be linear, homogeneous, and isotropic, and it is described using the Winkler-Pasternak model. Furthermore, the kinematic relationship of the P/IP-FGSBs resting on the Winkler-Pasternak elastic foundations (WPEFs) is described using trigonometric shear deformation theory (TrSDT), and the equations of motion are constructed using Hamilton's principle. A closed-form solution is developed for the free vibration analysis of P/IP-FGSBs resting on the WPEFs under four distinct boundary conditions (BCs). To validate the new formulation, extensive comparisons with existing data are made. A detailed investigation is carried out for the effects of the foundation coefficients, mode numbers (MNs), porosity volume fraction, power-law index, span to depth ratio, porosity distribution patterns (PDPs), skin core skin thickness ratios (SCSTR), and BCs on the values of the NFs of the P/IP-FGSBs.
Tribst, Joao Paulo Mendes;Dal Piva, Amanda Maria de Oliveira;Borges, Alexandre Luiz Souto;Rodrigues, Vinicius Aneas;Bottino, Marco Antonio;Kleverlaan, Cornelis Johannes
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.12
no.2
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pp.67-74
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2020
PURPOSE. This study evaluated the influence of prosthesis weight and number of implants on the bone tissue microstrain. MATERIALS AND METHODS. Fifteen (15) fixed full-arch implant-supported prosthesis designs were created using a modeling software with different numbers of implants (4, 6, or 8) and prosthesis weights (10, 15, 20, 40, or 60 g). Each solid was imported to the computer aided engineering software and tetrahedral elements formed the mesh. The material properties were assigned to each solid with isotropic and homogeneous behavior. The friction coefficient was set as 0.3 between all the metallic interfaces, 0.65 for the cortical bone-implant interface, and 0.77 for the cancellous bone-implant interface. The standard earth gravity was defined along the Z-axis and the bone was fixed. The resulting equivalent strain was assumed as failure criteria. RESULTS. The prosthesis weight was related to the bone strain. The more implants installed, the less the amount of strain generated in the bone. The most critical situation was the use of a 60 g prosthesis supported by 4 implants with the largest calculated magnitude of 39.9 mm/mm, thereby suggesting that there was no group able to induce bone remodeling simply due to the prosthesis weight. CONCLUSION. Heavier prostheses under the effect of gravity force are related to more strain being generated around the implants. Installing more implants to support the prosthesis enables attenuating the effects observed in the bone. The simulated prostheses were not able to generate harmful values of peri-implant bone strain.
The shape of a dendrite tip has long been approximated by a paraboloid of revolution, but many attempts have been made as well to more accurately match the dendrite tip profile using other mathematical functions: power function, 4th order polynomial, and hyperbolic function. In the present work, dendrite tip shapes were matched by parabolic function. The differences between the dendrite tip shapes of pivalic acid(PVA)-ethanol(Eth) and succinonitrile(SCN)-salol systems, characterized by anisotropic and isotropic solid-liquid interfacial properties, respectively, were quantitatively treated using shape parameters. The PVA-Eth system showed a slightly higher Z/R value than the SCN-salol system, their Z/R values lying in the range 2-4. (Z is the distance from the tip beyond which the parabolic fit starts to deviate from the profile, and R the tip radius.) ${\lambda}_P$ is the distance from the tip beyond which side branching starts to appear, and is larger in the PVA-Eth system than the SCNsalol system. ${\lambda}_P$ is different for both sides of the 2-dimensional dendrite profile. The difference of ${\lambda}_P$ between both sides of the dendrite is larger for PVA-Eth system than for SCN-salol, implying that the dendrite of PVA-Eth is less symmetric than that of SCN-salol.
Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G23 and G12, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G12, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.
Kim, Sung-Ho;Kim, Chae-Hwan;Oh, Hwa-Jin;Choi, Chi-Hoon;Kim, Byoung-Yoon;Youn, Jae-Ryoun
Korea-Australia Rheology Journal
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v.19
no.4
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pp.183-190
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2007
Injection molding is one of the most common operations in polymer processing. Good quality products are usually obtained and major post-processing treatment is not required. However, residual stresses which exist in plastic parts affect the final shape and mechanical properties after ejection. Residual stresses are caused by polymer melt flow, pressure distribution, non-uniform temperature field, and density distribution. Residual stresses are predicted in this study by numerical methods using commercially available softwares, $Hypermesh^{TM},\;Moldflow^{TM}\;and\;ABAQUS^{TM}$. Cavity filling, packing, and cooling stages are simulated to predict residual stress field right after ejection by assuming an isotropic elastic solid. Thermo-viscoelastic stress analysis is carried out to predict deformation and residual stress distribution after annealing of the part. Residual stresses are measured by the hole drilling method because the automotive part selected in this study has a complex shape. Residual stress distribution predicted by the thermal stress analysis is compared with the measurement results obtained by the hole drilling method. The molded specimen has residual stress distribution in tension, compression, and tension from the surface to the center of the part. Viscoelastic deformation of the part is predicted during annealing and the deformed geometry is compared with that measured by a three dimensional scanner. The viscoelastic stress analysis with a thermal cycle will enable us to predict long term behavior of the injection molded polymeric parts.
The novelty of this work is the use of a new displacement field that includes undetermined integral terms for analyzing thermal buckling response of functionally graded (FG) sandwich plates. The proposed kinematic uses only four variables, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and the conventional higher shear deformation theories (HSDTs). The theory considers a trigonometric variation of transverse shear stress and verifies the traction free boundary conditions without employing the shear correction factors. Material properties of the sandwich plate faces are considered to be graded in the thickness direction according to a simple power-law variation in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are assumed as uniform, linear and non-linear temperature rises within the thickness direction. An energy based variational principle is employed to derive the governing equations as an eigenvalue problem. The validation of the present work is checked by comparing the obtained results the available ones in the literature. The influences of aspect and thickness ratios, material index, loading type, and sandwich plate type on the critical buckling are all discussed.
The early osseointegration of titanium (Ti) dental implants is related to the initial cell morphology. The morphology of the cells (mesenchymal stem cells, MSC) was observed on three different Ti disc surfaces, which were mechanically treated by polishing, blasting, and scratching. A non-directional surface (isotropic texture) was obtained by the blasting of HA grits on cp-Ti discs, and a unidirectional surface (anisotropic texture) was obtained by the scratching of SiC papers. The cell attachment and arrangement in the initial periods were quite similar, but those in the later periods were significantly affected by the texture of the cp-Ti discs. After 1 week, the blasted Ti discs showed non-directional arrangement or spreading of the cells, whereas the scratched cp-Ti discs showed unidirectional properties parallel to the direction of the scratched grooves on the surface. The surface roughness of the cp-Ti discs significantly affects cell proliferation. Cell proliferation on the blasted and scratched surfaces was about 60% and 40% higher compared to the control result (polishing group) after 1 week (P<0.05). Cell proliferation on the blasted and scratched surfaces after 1 week was slightly enhanced with increasing surface roughness. It is believed that the direction of cell attachment and arrangement is closely related to the surface texture of the substrate surfaces, but cell proliferation after a relatively long period of time is directly enhanced by the surface roughness, not by the surface texture.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.95.1-95.1
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2012
Very High Temperature gas cooler Reactor (VHTR) has been considered as one of the most promising nuclear reactor because of many advantages including high inherent safety to avoid environmental pollution, high thermal efficiency and the role of secondary energy source. The TRISO coated fuel particles used in VHTR are composed of 4 layers as OPyC, SiC, IPyC and buffer PyC. The significance of CVD-SiC coatings used in tri-isotropic(TRISO) nuclear coated fuel particles is to maintain the strength of the whole particle. Various methods have been proposed to evaluate the mechanical properties of CVD-SiC film at room temperature. However, few works have been attempted to characterize properties of CVD-SiC film at high temperature. In this study, micro tensile system was newly developed for mechanical characterization of SiC thin film at elevated temperature. Two kinds of CVD-SiC films were prepared for micro tensile test. SiC-A had [111]-preferred orientation, while SiC-B had [220]-preferred orientation. The free silicon was co-deposited in SiC-B coating layer. The fracture strength of two different CVD-SiC films was characterized up to $1000^{\circ}C$.The strength of SiC-B film decreased with temperature. This result can be explained by free silicon, observed in SiC-B along the columnar boundaries by TEM. The presence of free silicon causes strength degradation. Also, larger Weibull-modulus was measured. The new method can be used for thin film material at high temperature.
In this paper we present a shading technique for realistic rendering of the surfaces with irregular and complex textures using a single photograph. So far, most works have been using many photographs or special photographing equipment to render the surfaces with irregular and complex textures as well as dividing texture regions manually. We present an automatic selection method of the region segmentation techniques according to properties of materials. As our technique produces a reflectance model and the approximated Bidirectional Reflection Distribution Function(BRDF) parameters, it allows the recovery of the photometric properties of diffuse, specular, isotropic or anisotropic textured objects. Also it make it possible to present several synthetic images with novel lighting conditions and views.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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