Ali Faghfouri;Hamidreza Vosoughifar;Seyedehzeinab Hosseininejad
Smart Structures and Systems
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v.31
no.6
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pp.545-559
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2023
Nanoparticle strips (NPS) are widely used as external reinforcers for two-way reinforced concrete slabs. However, the Structural Health Monitoring (SHM) of these slabs is a very important issue and was evaluated in this study. This study has been done analytically and numerically to optimize the placement of sensors. The properties of slabs and carbon nanotubes as composite sheets were considered isotopic and orthotropic, respectively. The nonlinear Finite Element Method (FEM) approach and suitable optimal placement of sensor approach were developed as a new MATLAB toolbox called DECOMAC by the authors of this paper. The Suitable multi-objective function was considered in optimized processes based on distributed ECOMAC method. Some common concrete slabs in construction with different aspect ratios were considered as case studies. The dimension and distance of nano strips in retrofitting process were selected according to building codes. The results of Optimal Sensor Placement (OSP) by DECOMAC algorithm on un-retrofitted and retrofitted slabs were compared. The statistical analysis according to the Mann-Whitney criteria shows that there is a significant difference between them (mean P-value = 0.61).
Kim, Young-Min;Lee, Gun Cheol;Yun, Hyun Do;Kwon, Hyun Woo
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.05a
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pp.195-196
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2021
The pore distribution of the cement mortar mixed with carbon nanotubes was found to have a large number of pores at (370~80)㎛, and the distribution ratio was larger as the carbon nanotubes were mixed. However, the pores with a fine particle diameter of (10-0.5) ㎛ were found to be larger as the carbon nanotubes were incorporated. However, the distribution of pores of the test specimens of conductive cement mortar with deterioration damage was found to be distributed in a number of particle diameters of (500 to 100) ㎛ and (10 to 0.5) ㎛. It is judged that the particle diameter of the internal pores increased due to the damage. However, as the mixing ratio of the test specimen with carbon nanotubes increased, the distribution of voids was relatively lower than that of plain, and it was judged to have excellent resistance to deterioration damage.
Guojiao Wang;Kun Peng;Hui Zhou;Guangyao Liu;Zhiguo Lou;Feng Pan
Advances in nano research
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v.14
no.6
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pp.541-555
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2023
The extensive use of polymeric matrix composites in the athletic sector may be attributed to its high strength-to-weight ratio, production economy, and a longer lifespan than conventional materials. This study explored the impact of carbon nanotubes on the properties of different composite field sports equipment components. The test specimens were fabricated using the compression molding technique. The insertion of carbon nanotubes increases mechanical properties related to the process parameters to account for an improvement in the stick sections' overall performance. The dynamic response of functionally graded reinforced nanocomposite wire structure is examined in this paper on the bases of high-order hyperbolic beam theory lined to the size-dependent nonclassical nonlocal theory under the external mechanical load due to the physical activities. Finally, the impact of different parameters on the stability of nanocomposite structures is discussed in detail.
Cancan Liu;Jiangong Yu;Bo Zhang;Xiaoming Zhang;Xianhui Wang
Advances in nano research
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v.14
no.5
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pp.463-474
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2023
The purpose of this paper is to present the analysis of propagating and evanescent waves in functionally graded (FG) nanoplates with the consideration of nonlocal effect. The analytical integration nonlocal stress expansion Legendre polynomial method is proposed to obtain complete dispersion curves in the complex domain. Unlike the traditional Legendre polynomial method that expanded the displacement, the presented polynomial method avoids employing the relationship between local stress and nonlocal stress to construct boundary conditions. In addition, the analytical expressions of numerical integrations are presented to improve the computational efficiency. The nonlocal effect, inhomogeneity of medium and their interactions on wave propagation are studied. It is found that the nonlocal effect and inhomogeneity of medium reduce the frequency bandwidth of complex evanescent Lamb waves, and make complex evanescent Lamb waves have a higher phase velocity at low attenuation. The occurrence of intersections of propagating Lamb wave in the nonlocal homogeneous plate needs to satisfy a smaller Poisson's ratio condition than that in the classical elastic theory. In addition, the inhomogeneity of medium enhances the nonlocal effect. The conclusions obtained can be applied to the design and dynamic response evaluation of composite nanostructures.
This article focuses on the study of the buckling behavior of two-dimensional functionally graded (2D-FG) nanosize tubes, including porosity, based on the first shear deformation and higher-order theory of the tube. The nano-scale tube is simulated using the nonlocal gradient strain theory, and the general equations and boundary conditions are derived using Hamilton's principle for the Zhang-Fu's tube model (as a higher-order theory) and Timoshenko beam theory. Finally, the derived equations are solved using a numerical method for both simply-supported and clamped boundary conditions. A parametric study is performed to investigate the effects of different parameters, such as axial and radial FG power indices, porosity parameter, and nonlocal gradient strain parameters, on the buckling behavior of the bi-dimensional functionally graded porous tube. Keywords: Nonlocal strain gradient theory; buckling; Zhang-Fu's tube model; Timoshenko theory; Two-dimensional functionally graded materials; Nanotubes; Higher-order theory.
This paper presents nonlinear vibration analysis of a composite cylindrical shell. The core of the shell is made of functionally graded (FG) porous materials and layers is fabricated of carbon nanotubes (CNTs) reinforced nanocomposites. To increase the accuracy of results, neutral surface position is considered. First-order shear deformation theory is used as displacement field to derive the basic relations of equation motions. In addition, von-Karman nonlinear strains are employed to account geometric nonlinearity and to enhance the results' precision, the exact position of the neutral surface is considered. To governing the partial equations of motion, the Hamilton's principle is used. To reduce the equation motions into a nonlinear motion equation, the Galerkin's approach is employed. After that the nonlinear motion equation is solved by multiple scales method. Effect of various parameters such as volume fraction and distribution of CNTs along the thickness directions, different patterns and efficiency coefficients of porous materials, geometric characteristics and initial conditions on nonlinear to linear ratio of frequency is investigated.
The nano-sized Y2O3 dispersed W composite powder is prepared by ultrasonic spray pyrolysis of a tungsten precursor using ammonium metatungstate hydrate and a polymer addition solution method using Y-nitrate. XRD analysis for calcined powder showed the formation of WO2 phase by partial oxidation of W powder during calcination in air. The TEM and phase analysis for further hydrogen reduction of calcined powder mixture exhibited that the W powder with a uniform distribution of Y2O3 nanoparticles can be successfully produced. These results indicate that the wet chemical method combined with spray pyrolysis and polymer solution is a promising way to synthesis the W-based composites with homogeneous dispersion of fine oxide particles.
Phase change materials based on ultra high molecular weight of polyethylene (UHMWPE) blended with paraffin wax (mp $65^{\circ}C$) were studied in this paper. In addition, this paper reviews recent studies on the preparation of shape stabilized phase change materials (SSPCM), such as SSPCM from UHMWPE and paraffin wax (mp $65^{\circ}C$), their basic properties and possible applications to latent heat storage. The preparation method was an absorption method. Also, SSPCM composites were prepared by using a hot press at $200^{\circ}C$ for 10 min. The analysis for the shape ability of SSPCM to improve heat efficiency was measured by FTIR, SEM, DSC, XRD, and ARES. UHMWPE composites with 30 wt% paraffin wax (mp $65^{\circ}C$) demonstrated less deterioration of physical property and effective thermal property compared with other conditions. As a result, these SSPCMs could be used for the heat storage and release materials for various products.
Eckert, Jurgen;Bartusch, Birgit;Schurack, Frank;He, Guo;Schultz, Ludwig
Journal of Powder Materials
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v.9
no.6
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pp.394-408
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2002
Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.
Hwang, Yuhoon;Mines, Paul D.;Lee, Wontae;Andersen, Henrik R.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.9
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pp.521-527
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2016
Nanoscale zero valent iron (nZVI) has been intensively studied for the treatment of a plethora of pollutants through reductive reaction, however, the nano size should be of concern when nZVI is considered for water treatment, due to difficulties in recovery. The loss of nZVI causes not only economical loss, but also potential risk to human health and environment. Thus, the immobilization onto coarse or structured support is essential. In this study, two representative processes for nZVI immobilization on granular activated carbon (GAC) were evaluated, and optimized conditions for synthesizing Fe/GAC composite were suggested. Both total iron content and $Fe_0$ content can be significantly affected by preparation processes, therefore, it was important to avoid oxidation during preparation to achieve higher reduction capacity. Synthesis conditions such as reduction time and existence of intermediate drying step were investigated to improve $Fe_0$ content of Fe/GAC composites. The optimal condition was two hours of $NaBH_4$ reduction without intermediate drying process. The prepared Fe/GAC composite showed synergistic effect of the adsorption capability of the GAC and the degradation capability of the nZVI, which make this composite a very effective material for environmental remediation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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