Knowledge of thin films mechanical properties is strongly associated to the reliability and the performances of Nano Electro Mechanical Systems (NEMS). In the literature, there are several methods for micro materials characterization. Bulge test is an established nondestructive technique for studying the mechanical properties of thin films. This study improve the performances of NEMS by investigating the mechanical behavior of Nano rectangular thin film (NRTF) made of new material embedded in Nano Electro Mechanical Systems (NEMS) by developing the bulge test technique. The NRTF built from adhesively-bonded layers of basalt fiber reinforced polymer (BFRP) laminate composite materials in Nano size at room temperature and were used for plane-strain bulging. The NRTF is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on NRTF and then clamped between two plates. A differential pressure is applying to a deformation of the laminated composite NRTF. This makes the plane-strain bulge test idea for studying the mechanical behavior of laminated composite NRTF in both the elastic and plastic regimes. An exact solution of governing equations for symmetric cross-ply BFRP laminated composite NRTF was established with taking in-to account the effect of the residual strength from pre-stressed loading. The stress-strain relationship of the BFRP laminated composite NRTF was determined by hydraulic bulging test. The NRTF thickness gradation in different points of hemisphere formed in bulge test was analysed.
In this paper, Coriolis effect on vibration behavior of a rotating rectangular plate made of functionally graded (FG) materials under thermal loading has been investigated. The material properties of the FG plate are supposed to get changed in parallel with the thickness of the plate and the thermal properties of the material are assumed to be thermo-elastic. In this research, the effect of hub size, rotating speed and setting angle are considered. Governing equation of motion and the associated boundary conditions are obtained by Hamilton's principle. Generalized differential quadrature method (GDQM) is used to solve the governing differential equation with respect to cantilever boundary condition. The results were successfully verified with the published literatures. These results can be useful for designing rotary systems such as turbine blades. In this work, Coriolis and thermal effects are considered for the first time and GDQM method has been used in solving the equations of motion of a rotating FGM plate.
The purpose of this study was to evaluate the effects of different Hydraulic Retention Times (HRTs) on the contaminant removal efficiency using Aerobic Granular Sludge (AGS). A laboratory-scale experiment was performed using a sequencing batch reactor, and the Chemical Oxygen Demand (COD), nitrogen, orthophosphate removal efficiency, AGS/MLSS ratio, and precipitability in accordance with the HRT were evaluated. As a result, the COD removal efficiency was not significantly different with the reduction in HRT, and at a HRT of 6 h, the removal rate was slightly increased owing to the increase in organic loading rate. The nitrogen removal efficiency was improved by injection of influent division at a HRT of 6 h. As the HRT decreased, the MLSS and AGS tended to increase, and the sludge volume index finally decreased to 50 mL/g. In addition, the size of the AGS gradually increased to about 1.0 mm. Therefore, the control of HRT provides favorable conditions for the stable formation of AGS, and is expected to improve the contaminant removal efficiency with the selection of a proper operation strategy.
Minimizing the stress concentration around hypotrochoid hole in finite metallic plates under in-plane loading is an important consideration in engineering design. In the analysis of finite metallic plate, the effective factors on stress distribution around holes include curvature radius of the corner of the hole, hole orientation, plate's aspect ratio, and hole size. This paper aims to investigate the impact of these factors on stress analysis of finite metallic plate with central hypotrochoid hole. To obtain the lowest value of stress around a hypotrochoid hole, a swarm intelligence optimization method named ant lion optimizer is used. In this study, with the hypothesis of plane stress circumstances, analytical solution of Muskhelishvili's complex variable method and conformal mapping is employed. The plate is taken into account to be finite, isotropic and linearly elastic. By applying suitable boundary conditions and least square boundary collocation technique, undefined coefficients of stress function are found. The results revealed that by choosing the above-mentioned factor correctly, the lowest value of stress would be obtained around the hole allowing to an increment in load-bearing capacity of the structure.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.69-76
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2019
A Beam String Structure (BSS) is a type of hybrid structures, which is composed of upper structural members, lower strings, and struts. Due to the advantages that the pre-tensioned strings elicit pre-caber of the upper structural members, the deflection can be greatly reduced without increasing the structural member size. In this study, a two-way beam string structure is proposed to endure bi-directional loading. The two-way beam string structure consists of two cable parts, namely, sagging and arch-shaped cables. A parametric study is presented aimed at proposing design guide lines of the two-way beam string structures. Numerical finite element analyses through the ABAQUS package were implemented to obtain their behaviors.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.572-583
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2019
This paper aims to assess the applicability of the Runge Kutta Discontinuous Galerkin-Direct Ghost Fluid Method to the internal explosion inside a water-filled tube, which previously was studied by many researchers in separate works. Once the explosive charge located at the inner center of the water-filled tube explodes, the tube wall is subjected to an extremely high intensity fluid loading and deformed. The deformation causes a modification of the field of fluid flow in the region near the water-structure interface so that has substantial influence on the response of the structure. To connect the structure and the fluid, valid data exchanges along the interface are essential. Classical fluid structure interaction simulations usually employ a matched meshing scheme which discretizes the fluid and structure domains using a single mesh density. The computational cost of fluid structure interaction simulations is usually governed by the structure because the size of time step may be determined by the density of structure mesh. The finer mesh density, the better solution, but more expensive computational cost. To reduce such computational cost, a non-matched meshing scheme which allows for different mesh densities is employed. The coupled numerical approach of this paper has fewer difficulties in the implementation and computation, compared to gas dynamics based approach which requires complicated analytical manipulations. It can also be applied to wider compressible, inviscid fluid flow analyses often found in underwater explosion events.
The main objective of this paper is to study the axial buckling and post-buckling of geometrically imperfect single-layer graphene sheets (GSs) under in-plane loading in the theoretical framework of the nonlocal strain gradient theory. To begin with, a graphene sheet is modeled by a two-dimensional plate subjected to simply supported ends, and supposed to have a small initial curvature. Then according to the Hamilton's principle, the nonlinear governing equations are derived with the aid of the classical plate theory and the von-karman nonlinearity theory. Subsequently, for providing a more accurate physical assessment with respect to the influence of respective parameters on the mechanical performances, the approximate analytical solutions are acquired via using a two-step perturbation method. Finally, the authors perform a detailed parametric study based on the solutions, including geometric imperfection, nonlocal parameters, strain gradient parameters and wave mode numbers, and then reaching a significant conclusion that both the size-dependent effect and a geometrical imperfection can't be ignored in analyzing GSs.
Abdelrahman, Alaa A.;Abd-El-Mottaleb, Hanaa E.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.6
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pp.765-779
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2020
This article presents a nonclassical size dependent model based on the modified couple stress theory to study and analyze the bending behavior of perforated microbeams under different loading patterns. Modified equivalent material and geometrical parameters for perforated beam are presented. The modified couple stress theory with one material length scale parameter is adopted to incorporate the microstructure effect into the governing equations of perforated beam structure. The governing equilibrium equations of the perforated Timoshenko as well as the perforated Euler Bernoulli are developed based on the potential energy minimization principle. The Poisson's effect is included in the governing equilibrium equations. Regular square perforation configuration is considered. Based on Fourier series expansion, closed forms for the bending deflection and the rotational displacements are obtained for simply supported perforated microbeams. The proposed methodology is validated and compared with the available results in the literature and an excellent agreement is detected. Numerical results demonstrated the applicability of the proposed methodology to investigate the bending behavior of regularly squared perforated beams incorporating microstructure effect under different excitation patterns. The obtained results are significantly important for the design and production of perforated microbeam structures.
The current research deals with, stability/instability and cylindrical composite nano-scaled shell's resonance frequency filled by graphene nanoplatelets (GPLs) under various thermal conditions (linear and nonlinear thermal loadings). The piece-wise GPL-reinforced composites' material properties change through the orientation of cylindrical nano-sized shell's thickness as the temperature changes. Moreover, in order to model all layers' efficient material properties, nanomechanical model of Halpin-Tsai has been applied. A functionally modified couple stress model (FMCS) has been employed to simulate GPLRC nano-sized shell's size dependency. It is firstly investigated that reaching the relative frequency's percentage to 30% would lead to thermal buckling. The current study's originality is in considering the multifarious influences of GPLRC and thermal loading along with FMCS on GPLRC nano-scaled shell's resonance frequencies, relative frequency, dynamic deflection, and thermal buckling. Furthermore, Hamilton's principle is applied to achieve boundary conditions (BCs) and governing motion equations, while the mentioned equations are solved using an analytical approach. The outcomes reveal that a range of distributions in temperature and other mechanical and configurational characteristics have an essential contribution in GPLRC cylindrical nano-scaled shell's relative frequency change, resonance frequency, stability/instability, and dynamic deflection. The current study's outcomes are practical assumptions for materials science designing, nano-mechanical, and micromechanical systems such as micro-sized sensors and actuators.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.3
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pp.24-32
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2021
The size of container ships is increasing to increase the cargo loading capacity. However, container ships are limited in terms of the hull longitudinal strength. To overcome this limitation, brittle crack arrest steel can be used. This study was aimed at examining the influence of the heat input on the welding procedures of flux cored arc welding and submerged arc welding. In the experiment, the crack tip opening displacement test, which pertains to a parameter of fracture mechanics, was performed, and a 3-point bending tester was adopted. Based on the results, the crack measurement method was presented, and the stress expansion coefficient value for the pre-fatigue crack length was derived according to the heat input after the pre-cracking length was measured. It was noted that the heat input affected the crack tip opening displacement of brittle crack arrest steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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