Mechanical properties of $Al/Al_2O_3$ and $Al/B_4C$ composites prepared through powder metallurgy are estimated up to 50% $Al_2O_3$ and 35% $B_4C$ weight fractions using micromechanics models and experiments. The experimental Young's modulus up to 0.40 weight fraction of ceramic is found to lie closely between Ravichandran's/Hashin-Shtrikman lower/upper bounds, and close to self consistent method/Miller and Lannutti method/modified rule of mixture/fuzzy logic method single value predictions. Measured Poisson's ratio lies between rule of mixture/Ravichandran lower and upper bound/modified Ravichandran upper bounds. Experimental Charpy energy lies between Hopkin-chamis method/equivalent charpy energy/Ravichandran lower limit up to 20%, and close to the reciprocal rule of mixture for higher $Al_2O_3$ content. Rockwell hardness (RB) and Micro-hardness of $Al/Al_2O_3$ are closer to modified rule of mixture predictions.
In this paper, a free vibration analysis of functionally graded beam made of porous material is presented. The material properties are supposed to vary along the thickness direction of the beam according to the rule of mixture, which is modified to approximate the material properties with the porosity phases. For this purpose, a new displacement field based on refined shear deformation theory is implemented. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the beam without using shear correction factors. Based on the present refined shear deformation beam theory, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG beams with porosity phases. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions. Illustrative examples are given also to show the effects of varying gradients, porosity volume fraction, aspect ratios, and thickness to length ratios on the free vibration of the FG beams.
For the mean vector of a p-variate normal distribution ($p{\geq}4$), the optimal estimation within the class of modified James-Stein type decision rules under the quadratic loss is given when the underlying distribution is that of a variance mixture of normals and when the norm ${\parallel}{\theta}-\bar{\theta}1{\parallel}$ it known.
Limit elastic speed analysis of Al/SiC-based functionally graded annular disk of uniform thickness has been carried out for two cases, namely: metal-rich and ceramic rich. In the present study, the unknown field variable for radial displacement is solved using variational method wherein the solution was obtained by Galerkin's error minimization principle. One of the objectives was to identify the variation of induced stress in a functionally graded disk of uniform thickness at limit elastic speed using modified rule of mixture by comparing the induced von-Mises stress with the yield stress along the disk radius, thereby locating the yield initiation. Furthermore, limit elastic speed has been reported for a combination of varying grading index (n) and aspect ratios (a/b).Results indicate, limit elastic speed increases with an increase in grading indices. In case of an increase in aspect ratio, limit elastic speed increases up to a critical value beyond which it recedes. Also, the objective was to look at the variation of yield stress corresponding to volume fraction variation within the disk which later helps in material tailoring. The study reveals the qualitative variation of yield stress for FG disk with volume fraction, resulting in the possibility of material tailoring from the processing standpoint, in practice.
Poly(p-hydroxybenzoate) (PHB)/poly(ethylene terephthalate) (PET) 8/2 thermotropic liquid crystalline copolyester, poly(ethylene 2,6-naphthalate) (PEN), and PET ternary blend was spun to fiber by melt spinninB process, and tensile properties of the fibers were measured. The matrix of the fibers, PET and PEN, were dissolved in ο-chlorophenol at 55$^{\circ}C$ for 2 hours, and the liquid crystalline polymer fibrils were observed using a scanning electron microscope. Halpin-Tsai equation for modulus calculation of short fiber reinforced composite and the rule of mixture for continuous reinforcement composite were modified, and the tensile modulus were calculated and compared with experimental modulus. To minimize difference between the theoretical and the experimental moduli, dimensionless viscosity constant (K) was given and used to modify two equations. The theoretical tensile modulus using the newly modified equations presentel a similar to the experimental tensile modulus of composite, and the modified equations presented a unique way to determine the tensile modulus of the liquid crystalline polymer reinforced thermoplastic composites.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.7
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pp.564-573
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2012
In this work, 1 MW class horizontal axis wind turbine blade configuration is properly sized and analyzed using the newly proposed aerodynamic design procedure and the in-house code developed by authors, and its design results are verified through comparison with experimental results of previously developed wind turbine blade. The structural design of the wind turbine blade is carried out using a composite materials and the netting and rule of mixture deign methods. The structural safety of the designed blade structure is investigated through the various load cases, stress, deformation, buckling and vibration analyses using the commercial FEM code, MSC.NASTRAN. Finally the required fatigue life is investigated using the modified Spera's experimental equation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.9
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pp.663-670
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2020
A study on mechanical property characterization and modeling technique was carried out to approximate the behaviour of structures with 2.5D C/SiC material. Several tensile tests were performed to analyze the behaviour characteristics of the 2.5D C/SiC material and elastic property was characterized by applying a mathematical homogenization and a modified rule of mixture. SiC matrix representing the elasto-plastic behavior approximates as a bilinear function. Then the equivalent yield strength and equivalent plastic stiffness were calculated by minimizing errors in experiment and approximation. RVE(Representative Volume Element)was defined from the fiber and matrix configuration of 2.5D C/SiC and a process of calculating the effective stiffness matrix by applying the modified rule of mixture to RVE was implemented in the ABAQUS User-defined subroutine. Finite element analysis was performed by applying the mechanical properties of fiber and matrix calculated based on the proposed process, and the results were in good agreement with the experimental results.
This paper presents the influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness and aspect ratio on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite sandwich annular sector plates resting on two-parameter elastic foundations. The carbon nanotube-reinforced (CNTR) sandwich plate has smooth variation of CNT fraction along the thickness direction. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness and their mechanical properties are estimated by an extended rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. Effects of CNT distribution, volume fraction, aspect ratio and waviness, and also effects of Pasternak's elastic foundation coefficients, sandwich plate thickness, face sheets thickness and plate aspect ratio are investigated on the free vibration of the sandwich plates with wavy CNT-reinforced face sheets. The study is carried out based on three-dimensional theory of elasticity and in contrary to two-dimensional theories, such as classical, the first- and the higher-order shear deformation plate theories, this approach does not neglect transverse normal deformations. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free.
This paper presents an analytical method considering tensile strength enhancement in hybrid $Al_2O_3$ fiber/particle/aluminum composites(MMCs). The tensile strength and elastic modulus of the hybrid MMCs are even 20% higher than those of the fiber reinforced MMCs with same volume fraction of reinforcements. This phenomenon is explained by the cluster model which is newly proposed in this research, and the strengthening mechanisms by a cluster is analyzed using simple modified rule of mixtures. From the analysis, it is observed that cluster structure in hybrid MMCs increase the fiber efficiency factor for the tensile strength and the orientation factor for the elastic modulus. The present theory is then compared with experimental results which was performed using squeeze infiltrated hybrid MMCs made of hybrid $Al_2O_3$ short fiber/particle preform and AC8A alloy as base metal, and the agreement is found to be satisfactory.
Piezoelectric Fiber Composites with Interdigitated Electrodes (PFCIDE) were previously introduced as an alternative to monolithic wafers with conventional electrodes for applications of structural actuation. This paper is an investigation into the performance improvement of piezoelectric fiber composite actuators by changing the matrix material. This paper presents a modified micro-electromechanical model and numerical analyses of piezoelectric fiber/piezopolymer matrix composite actuator with interdigitated electrodes (PFPMIDE). Various concepts from different backgrounds including three-dimensional linear elastic and dielectric theories have been incorporated into the present linear piezoelectric model. The rule of mixture and the modified method to calculate effective properties of fiber composites were extended to apply to the PFPMIDE model. The new model was validated when compared with available experimental data and other analytical results. To see the structural responses of a composite plate integrated with the PFPMIDE, three-dimensional finite element formulations were derived. Numerical analyses show that the shape of the graphite/epoxy composite plate with the PFPMIDE may be controlled by judicious choice of voltages, piezoelectric fiber angles, and elastic tailoring of the composite plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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