This paper proposes an analytical solution method for free vibration of curved functionally graded (FG) nonlocal beam supposed to different thermal loadings, by considering porosity distribution via nonlocal elasticity theory for the first time. Material properties of curved FG beam are assumed to be temperature-dependent. Thermo-mechanical properties of porous FG curved beam are supposed to vary through the thickness direction of beam and are assumed to be temperature-dependent. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, porosity play a key role in the mechanical response of curved FG structures. The rule of power-law is modified to consider influence of porosity according to even distribution. The governing equations of curved FG porous nanobeam under temperature field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is used to achieve the natural frequencies of porous FG curved nanobeam supposed to thermal loadings with simply supported boundary condition. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality, porosity volume fractions, type of temperature rising, gradient index, opening angle and aspect ratio of curved FG porous nanobeam on the natural frequency are successfully discussed. It is concluded that these parameters play key roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
The present study numerically investigated the deformation of the interface of two-phase fluids flow in a blast furnace. To simulate three-dimensional(3D) incompressible viscous two-phase flow in the furnace filled with the air and molten iron, the volume of fluid(VOF) method based on the finite volume method has been utilized. In addition, the porous medium with the porosity has been considered as the bed of the particles such as cokes and char etc. For the comparison, the single phase flow and the two-phase flow without the porosity have been simulated. The two-phase flow without porosity condition revealed the smooth parabolic profile of the free surface near the outlet. However, the free surface under the porosity condition formed the viscous finger when the free surface was close to the outlet. This viscous finger accelerated the velocity of the free surface falling and the outflow velocity of the fluids near the outlet.
In this paper, a nanobeam connected to a rotating molecular hub is considered. The vibration behavior of rotating functionally graded nanobeam based on Eringen's nonlocal theory and Euler-Bernoulli beam model is investigated. Furthermore, axial preload and porosity effect is studied. It is supposed that the material attributes of the functionally graded porous nanobeam, varies continuously in the thickness direction according to the power law model considering the even distribution of porosities. Porosity at the nanoscopic length scale can affect on the rotating functionally graded nanobeams dynamics. The equations of motion and the associated boundary conditions are derived through the Hamilton's principle and generalized differential quadrature method (GDQM) is utilized to solve the equations. In this paper, the influences of some parameters such as functionally graded power (FG-index), porosity parameter, axial preload, nonlocal parameter and angular velocity on natural frequencies of rotating nanobeams with pure ceramic, pure metal and functionally graded materials are examined and some comparisons about the influence of various parameters on the natural frequencies corresponding to the simply-simply, simplyclamped, clamped-clamped boundary conditions are carried out.
Putting emphasis on the effect of existence of porosity in the functionally graded materials (FGMs) on the dynamic responses of waves scattered in FG nanobeams resulted in implementation of a novel porosity-based homogenization method for FGMs and show its applicability in a wave propagation problem in the presence of axial pre-load for the first time. In the employed porosity-dependent method, the coupling between density and Young's moduli is included to consider for the effective moduli of the FG nanobeam by the means of a more reliable homogenization technique. The beam-type element will be modeled via the classical theory of beams, namely Euler-Bernoulli beam theory. Also, the dynamic form of the principle of virtual work will be extended for such nanobeams to derive the motion equations. Applying the nonlocal constitutive equations of Eringen on the obtained motion equations will be resulted in derivation of the nanobeam's governing equations. Depicted results reveal that the dispersion responses of FG nanobeams will be decreased as the porosity volume fraction is increased which must be noticed by the designers of advanced nanosize devices who are interested in employment of wave dispersion approach in continuous systems for specific goals.
Fluidized beds have been widely used in industrial applications, which in most of them, the operating fluid is non-Newtonian. In this study, the combination of the lattice Boltzmann method (LBM) and the smoothed profile method has been developed for non-Newtonian power-law fluids. The validation of the obtained model were investigated by experimental correlations. This model has been used for numerical studying of changing the operating fluid and geometrical parameters on the expansion behavior in liquid-solid beds with both Newtonian and non-Newtonian fluids. Investigations were performed for seven different geometries, one Newtonian, and two non-Newtonian fluids. The power-law index was in the range of 0.8 to 1, and the results for the Newtonian fluidized beds show more porosity than the non-Newtonian ones. Furthermore, increasing the power-law index resulted in enhancing the bed porosity. On the other hand, bed porosity was decreased by increasing the initial bed height and the density of the solid particles. Finally, the porosity ratio in the bed was decreased by increasing the solid particle diameter.
Using zirconia and poly (methyl methacrylate-coethylene glycol dimethacrylate) (PMMA) microbeads, macroporous zirconia ceramics were fabricated by a simple pressing method. Effects of template size and content on microstructure, porosity, and flexural and compressive strengths were investigated in the processing of the macroporous zirconia ceramics. Three different sizes of microbeads (8, 20, and $50{\mu}m$) were used as a template for fabricating the macroporous ceramics. The porosity increased with increasing the template size at the same template content. The flexural and compressive strengths were primarily influenced by the porosity rather than the template size. However, the strengths increased with decreasing the template size at the same porosity. By controlling the template size and content, it was possible to produce macroporous zirconia ceramics with porosities ranging from 58% to 75%. Typical flexural and compressive strength values at 60% porosity were ${\sim}30\;MPa$ and ${\sim}75\;MPa$, respectively.
$Ti_5Si_3$ intermetallics containing 0-6 wt% of Cu were made by reactive sintering (RS) under vacuum using elemental powder mixtures (Process 1), electro-pressure sintering (EPS) using RS'ed materials (Process2), and EPS using elemental powder mixtures (Process 3). Relatively low dense titanium silicides were gained by process 1, in which porosity decreased with increasing Cu content. For example, porosity changed from 42 to 19.4% with the increase in Cu content from 0 to 6 wt%, indicating that Cu is a useful sintering aid. The titanium silicides fabricated by Process 2 had a higher density than those by Process 1 at given composition, and porosity decreased with increasing Cu content. For example, porosity decreased from 38 to 6.8% with the change in Cu content from 0 to 6 wt%. A high dense titanium silicides were obtained by Process 3. In this Process, porosity decreased a little by Cu addition, and was almost insensitive to Cu content. Namely, about 9 or 7% of porosity was shown in 0 or 1-6 wt% Cu containing silicides, respectively. The hardeness increased by Cu addition, and was not changed markedly with Cu content for the silicides fabricated by Process 3. This tendency was considered to be resulted from porosity, hardening of grain interior by Cu addition, and softening of grain boundary by Cu-base segregates. All these results suggested that EPS using elemental powder mixtures (Process 3) is an effective processing method to achieve satisfactorily dense titanium silicides.
Jo, Sangbeom;Son, Younghwan;Kim, Donggeun;Jeon, Jihun;Kim, Taejin
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.65
no.2
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pp.47-57
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2023
The increase of impermeable area ratio is causing hydrologic cycle problems in urban areas and groundwater depletion in rural areas, permeable pavements are getting attention to expand permeable areas. The performance of the permeable concrete block pavement, which is part of the permeable pavement, is greatly affected by the porosity. In addition, the permeability coefficient is a major factor when designing permeable concrete block pavement. Existing porosity and permeability test methods have problems such as uneconomical or poor field applicability. The object of this study was to develop a methodology for evaluating porosity and permeability coefficient using a surface image of a permeable concrete block. Specimens are manufactured with various porosity ranges and porosity and permeability tests are performed. After surface image preprocessing, normalization and binarization methods were compared. Through this, the method with the highest correlation with the lab test result was determined. From the results, the PDR (pore determined ratio) was obtained. Simple linear regression analysis is performed with PDR and lab test results. The results showed a high correlation of R2 more than 0.8, and the errors were also low.
In order to estimate the hydrocarbon reserves, the porosity of the reservoir must be determined. The porosity of the area without a well is generally calculated by extrapolating the porosity logs measured at wells. However, if not only well logs but also seismic data exist on the same site, the more accurate pseudo porosity log can be obtained through artificial neural network technique by extracting the relations between the seismic data and well logs at the site. In this study, we have developed a module which creates pseudo porosity logs by using the polynomial neural network method. In order to obtain more accurate pseudo porosity logs, we selected the seismic attributes which have high correlation values in the correlation analysis between the seismic attributes and the porosity logs. Through the training procedure between selected seismic attributes and well logs, our module produces the correlation weights which can be used to generate the pseudo porosity log in the well free area. To verify the reliability and the applicability of the developed module, we have applied the module to the field data acquired from F3 Block in the North Sea and compared the results to those from the probabilistic neural network method in a commercial program. We could confirm the reliability of our module because both results showed similar trend. Moreover, since the pseudo porosity logs from polynomial neural network method are closer to the true porosity logs at the wells than those from probabilistic method, we concluded that the polynomial neural network method is effective for the data sets with insufficient wells such as F3 Block in the North Sea.
The Al die casting process has been widely used in the manufacturing of automotive parts when the process requires near-net shape casting and a high productive rate. However, porosity arises in the casting process, and this hampers the wider use of this method for the creation of high-durability automotive components. The porosity can be controlled by the shot condition, but, it is critical to set the shot condition in the sleeve, and it remains difficult to optimize the shot condition to avoid air entrapment efficiently. In this study, the 4.5 mm, 2.0 mm plate die castings were fabricated under various shot conditions, such as plunger velocities of 0.7 m/s ~ 3.0 m/s and fast shot set points of the cavity of -25%, 0%, 25%, and 50%. The mold filling behavior of Al melts in the cavity was analyzed by a numerical method. Also, according to the shot conditions, the results of numerical analyses were compared to those of die-casting experiments. The porosity levels of the plate castings were analyzed by X-ray CT images and by density and microstructural analyses. The effects of the porosity on the mechanical properties were analyzed by tensile tests and hardness tests. The simulation results are in good general agreements with the die-casting experimental results. When plunger velocity and fast shot set point are 1.0 m/s and cavity 25% position, castings had optimum condition for good mechanical properties and a low level of porosity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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