Micro-electro-mechanical systems (MEMS) are widely employed in sensors, biomedical devices, optic sectors, and micro-accelerometers. New reinforcement materials such as carbon nanotubes as well as graphene platelets provide stiffer structures with controllable mechanical specifications by changing the graphene platelet features. This paper deals with buckling analyses of functionally graded graphene platelets micro plates with two piezoelectric layers subjected to external applied voltage. Governing equations are based on Kirchhoff plate theory assumptions beside the modified couple stress theory to incorporate the micro scale influences. A uniform temperature change and external electric field are regarded along the micro plate thickness. Moreover, an external in-plane mechanical load is uniformly distributed along the micro plate edges. The Hamilton's principle is employed to extract the governing equations. The material properties of each composite layer reinforced with graphene platelets of the considered micro plate are evaluated by the Halpin-Tsai micromechanical model. The governing equations are solved by the Navier's approach for the case of simply-supported boundary condition. The effects of the external applied voltage, the material length scale parameter, the thickness of the piezoelectric layers, the side, the length and the weight fraction of the graphene platelets as well as the graphene platelets distribution pattern on the critical buckling temperature change and on the critical buckling in-plane load are investigated. The outcomes illustrate the reduction of the thermal buckling strength independent of the graphene platelets distribution pattern while meanwhile the mechanical buckling strength is promoted. Furthermore, a negative voltage, -50 Volt, strengthens the micro plate stability against the thermal buckling occurrence about 9% while a positive voltage, 50 Volt, decreases the critical buckling load about 9% independent of the graphene platelet distribution pattern.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.1
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pp.61-65
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2010
A commercially available soft PZT wafer that is poled in thickness direction is subjected to longitudinal tensile stress loading in both short and open-circuit conditions. Variations of electric displacement in thickness direction and in-plane strains are measured over time during the loading. Different material responses in the two electrical boundary conditions are explained by the effects of piezoelectrically produced internal electric field on linear material moduli and domain switching mechanisms. Finally, a free energy model of normal distribution is introduced to explain the observed creep behavior, and its predictions are compared with experimental observations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.582-591
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2001
It is known that the reduced integration, modified shape function, anisoparametric and non-conforming element can reduce the error induced by stiffness locking phenomenon in the finite element analysis. In this study, we propose new anisoparametric curved beam element. The new element based on reduced minimization theory is composed of different shape functions in each displacement field. By the substitution of this modified shape function, the unmatched coefficient that cause stiffness locking in the constraint energy is eliminated. To confirm the availability of this new model, we performed numerical tests for a simple model. As a result of numerical test, the undulate stress patterns are disappeared in static analysis, and displacements and stresses are close to exact solution. Not only in the static analysis but also in the eigen analysis of free vibrated curved beam model, this element shows successful convergent results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.10
no.2
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pp.136-145
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1986
The perfect and accurate methods to control the wear are not made clear so far. For this phenomenon only mating surface has been studied. In order to control the wear the essence of it has to be made clear. It is reported that adhesive wear might occure as a result of plastic deformation, the fracture and removal or transfer asperities on close contacting surfaces. On this view point the plastic flow was attempted to compare with fluid or electromagnetic flow. The partial differential equations of equilibrium for the plane strain deformation will make use of the method of characteristics. The characteristic curves or characteristics of the hyperbolic equation coincide with the slip lines by R. Hill's papers. By Hencky's stress equation, it is evident that if P and .phi. are prescribed for a boundary condition then it may be possible to proceed along constant .alpha. and .betha. lines to determine the value of the hydrostatic pressure everywhere in the slip line field net work. A wedge formation mechanism has been considered for an explanation of this matters. The analysis shows that there is a critical value, which depends on the hardness ratio and the shear stress on the interface, for the top angle of asperity is less than this critical value, the asperity can yield plastically despite of being harder than the mating surface.
In this research, experimental studies leave been performed on the hydrodynamic interaction between a spherical particle and a plane wall by measuring the force between the particle and wall. To approach the system as a resistance problem, a servo-driving system was set-up by assembling a microstepping motor, a ball screw and a linear motion guide for the particle motion. Glycerin and dilute solution of polyacrylamide in glycerin were used as Newtonian and non-Newtonian fluids, respectively. The polymer solution behaves like a Boger fluid when the concentration is 1,000 ppm or less. The experimental results were compared with the asymptotic solution of Stokes equation. The result shows that fluid inertia plays all important role in the particle-wall interaction in Newtonian fluid. This implies that the motion of two particles in suspension is not reversible even in Newtonian fluid. In non-Newtonian fluid, normal stress difference and viscoelasticity play important roles as expected. In the dilute solution weak shear thinning and the migration of polymer molecules in the inhomogeneous flow field also affect the physic of the problem.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.451-457
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2000
In many dynamic problems such as foundation vibrations ultrasonic nondestructive evaluation and blasting analysts are confronted with the problem of wave propagation in an infinite or semi-infinite media. In order to simulate this situation by a finite analytical model provisions must be made to absorb the stress waves arriving at the boundary. Absorbing boundaries are mathematical artifacts used to prevent wave reflections at the boundaries of discrete models for infinite media under dynamic loads. An analytical study is carried out to examine the effectiveness of Lysmer-Kuhlemeyer model one of the most widely used absorbing boundaries. Validity of the absorbing boundary conditions suggested by Lymer-Kuhlemeyer is examined by adopting the solution of Ewing et al. to the problem of plane waves from a harmonic normal force on the surface of an elastic half-space. The Ewing's problem is than numerically simulated using the finite element method on a semi-circular mesh with and without absorbing boundaries which are represented by viscous dashpots. The absorption ratios are calculated by comparing the displacements at the absorbing boundaries to those at the free field without absorbing boudaries.
This paper presents a simple method to estimate fully plastic crack tip stresses of unequally notched specimen based on the equilibrium condition of the least upper bounds for plane strain deformation fields. The method is applied to unequally notched specimens under bending and tension. For various notch angle the limit loads and crack tip stresses are estimated from the present method and compared with results from finite element limit analyses.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1992.04a
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pp.65-70
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1992
This study deals with the finite element analysis of the monotonic behavior of reinforced concrete beams and beam-column joint subassemblages. It is assumed that the behavior of these members can be discribed by a plane stress field. Concrete and reinforcing steel are represented by separate material models which are combined together with a model of the interaction between reinforcing bar and concrete through bond-slip to discribe the behavior of the composite reinforced concrete material. To discribe the concrete behavior, a nonlinear orthotropic model is adopted and the crack is discribed by a system of orthogonal cracks, which are rotating as the principal strain directions are changed. A smeared finite element model based on the fracture mechanics principles are used to overcome the numerical defect according to the finite element mesh size. Finally, correlation studies between analytical and experimental results and several parameter studies are conducted with the objective to estabilish the validity of the proposed model and identify the significance of various effects on the local and global response of reinforced concrete members.
Magnetars are neutron stars powered by strong magnetic field (B > $10^{14}G$). Their spin period is in the range of 2 - 12s. The magnetic stress in the star may distort the crust (observed as outbursts), so magnetars (especially in outbursts) may emit gravitational waves. There are 29 magnetars known (potential gravitational waves sources), and increasing the number will increase the chance of detecting low-frequency gravitational waves. In addition, magnetars can be used for studying matter under extreme condition. In this study, we searched for more magnetars using extensive Chandra archival data and found 11 candidates. Due to the limited sensitivity of Chandra, form identification cannot be made, and more sensitivity X-ray data are needed.
We consider the problem of determining the singular stresses and electric fields in a piezoelectric ceramic strip containing a Griffith eccentric crack off the center line under anti-plane shear loading with the theory of linear piezoelectricity. Fourier transforms are used to reduce the problem to the solution of two pairs of dual integral equations, which are then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the stress intensity factor and the energy release rate are obtained, and the influences of the electric fields for piezoelectric ceramics are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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