In this paper, a higher order shear deformation theory for bending analysis of functionally graded plates resting on Pasternak foundation and under various boundary conditions is exposed. The proposed theory is based on the assumption that porosities can be produced within functionally graded plate which may lead to decline in strength of materials. In this research a novel distribution of porosity according to the thickness of FG plate are supposing. Governing equations of the present theory are derived by employing the virtual work principle, and the closed-form solutions of functionally graded plates have been obtained using Navier solution. Numerical results for deflections and stresses of several types of boundary conditions are presented. The exactitude of the present study is confirmed by comparing the obtained results with those available in the literature. The effects of porosity parameter, slenderness ratio, foundation parameters, power law index and boundary condition types on the deflections and stresses are presented.
In this work, limit elastic speed analysis of functionally graded porous rotating disks has been reported. The work proposes an effective approach for modeling the mechanical properties of a porous functionally graded rotating disk. Four different types of porosity models namely: uniform, symmetric, inner maximum, and outer maximum distribution are considered. The approach used is the variational principle, and the solution has been achieved using Galerkin's error minimization theory. The study aims to investigate the effect of grading indices, aspect ratio, porosity volume fraction, and porosity types on limit angular speed for uniform and variable disk geometries of constant mass. To validate the current study, finite element analysis has been used, and there is good agreement between the two methods. The study yielded a decrease in limit speed as grading indices and aspect ratio increase. The porosity volume fraction is found to be more significant than the aspect ratio effect. The research demonstrates a range of operable speeds for porous and non-porous disk profiles that can be used in industries as design data. The results show a significant increase in limit speed for an exponential disk when compared to other disk profiles, and thus, the study demonstrates a range of FG-based structures for applications in industries that will not only save material (lightweight structures) but also improve overall performance.
The total embankment settlement consists of three stages: the initial settlement, the primary consolidation settlement, and the secondary consolidation settlement. The total embankment settlement is largely controlled by the primary consolidation settlement, which is usually computed with numerical models that implement Biot's theory of consolidation. The key parameter that affects the primary consolidation time is the coefficient of permeability. Due to the complex stress and strain states in the foundation soil under the embankment, to be able to predict the consolidation time more precisely, aside from porosity-dependency, the strain-dependency of the coefficient of permeability should be also taken into account in numerical analyses. In this paper, we propose a two-dimensional plane strain numerical model of embankment primary consolidation, which implements Biot's theory of consolidation with both porosity-dependent and strain-dependent coefficient of permeability. We perform several numerical simulations. First, we demonstrate the influence of the strain-dependent coefficient of permeability on the computed results. Next, we validate our numerical model by comparing computed results against in-situ measurements for two road embankments: one near the city of Saga, and the other near the city of Boston. Finally, we give our concluding remarks.
Saeed I. Tahir;Abdelbaki Chikh;Ismail M. Mudhaffar;Abdelouahed Tounsi;Mohammed A. Al-Osta
Geomechanics and Engineering
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제33권3호
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pp.271-277
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2023
This article investigates the effect of viscoelastic foundations on the waves' dispersion in a beam made of ceramic-metal functionally graded material (FGM) with microstructural defects. The beam is considered to be shear deformable, and a simple three-unknown sinusoidal integral higher-order shear deformation beam theory is applied to represent the beam's displacement field. Novel to this study is the investigation of the impact of viscosity damping on imperfect FG beams, utilizing a few-unknowns theory. The stresses and strains are obtained using the two-dimensional elasticity relations of FGM, neglecting the normal strain in the beam's depth direction. The variational operation is employed to define the dispersion relations of the FGM beam. The influences of the material gradation exponent, the beam's thickness, the porosity, and visco-Pasternak foundation parameters are represented. Results showed that phase velocity was inversely proportional to the damping and porosity of the beams. Additionally, the foundation viscous damping had a stronger influence on wave velocity when porosity volume fractions were low.
Porous mullite-corundum ceramics were prepared using organic foam impregnation method with alumina and silica as raw materials. The influence of alkaline treatment and surfactant modification on polyurethane foam were studied. Effects of sintering process and material composition on porous mullite-corundum ceramics were investigated. The results show that the hang-pulp quantity of polyurethane foam increases with alkaline treatment. After treatment with 3 wt% SDS solution, the hang-pulp quantity of polyurethane foam further improved. Open porosity of sample decreased with elevation of sintering temperature and holding time, and compressive strength of sample showed a trend opposite to the change of porosity. The open porosity of the sample was enhanced by the increase of m(Al2O3/SiO2); the compressive strength decreased with increase of m(Al2O3/SiO2). However, when m(Al2O3/SiO2) was 2.5, the compressive strength of the sample reached 6.23 MPa, and the open porosity of the sample was 80.7 %.
Ismail Esen;Mashhour A. Alazwari;Khalid H. Almitani;Mohamed A Eltaher;A. Abdelrahman
Advances in nano research
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제14권5호
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pp.475-493
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2023
In the context of nonclassical nonlocal strain gradient elasticity, this article studies the free and forced responses of functionally graded material (FGM) porous nanoplates exposed to thermal and magnetic fields under a moving load. The developed mathematical model includes shear deformation, size-scale, miscorstructure influences in the framework of higher order shear deformation theory (HSDT) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), respectively. To explore the porosity effect, the study considers four different porosity models across the thickness: uniform, symmetrical, asymmetric bottom, and asymmetric top distributions. The system of quations of motion of the FGM porous nanoplate, including the effects of thermal load, Lorentz force, due to the magnetic field and moving load, are derived using the Hamilton's principle, and then solved analytically by employing the Navier method. For the free and forced responses of the nanoplate, the effects of nonlocal elasticity, strain gradient elasticity, temperature rise, magnetic field intensity, porosity volume fraction, and porosity distribution are analyzed. It is found that the forced vibrations of FGM porous nanoplates under thermal and live loads can be damped by applying a directed magnetic field.
Sasui, Sasui;Kim, Gyu Yong;Son, Min Jae;Pyeon, Su Jeong;Suh, Dong Kyun;Nam, Jeong Soo
한국건축시공학회:학술대회논문집
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한국건축시공학회 2021년도 가을 학술논문 발표대회
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pp.21-22
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2021
This study incorporates fine waste glass (GS) as a replacement for natural sand (NS) in ground granulated blast furnace slag (GGBS) based alkali activated mortar (AAm). Tests were conducted on the AAm to determine the mechanical properties, apparent porosity and the durability based on its resistance to Na2SO4 5% and H2SO4 2% concentrated solutions. The study revealed that increasing GS up to 100 wt%, increased strength and decreased porosity. The lower porosity attained with the incorporation of GS, improved the resistance of mortar to Na2SO4 and thus increasing durability. However, the durability of mortar to H2SO4 solution was negatively impacted with the further reduction of porosity observed with increasing GS above 50 wt.% believed to be caused by the stress induced as a result of expansive reaction products created when the mortar reacted with acid.
분말상의 유기물인 나프탈렌, 파라핀 및 과산화수소 그리고 과산화수소와 함께 염화파라핀을 사용하여 hydroxyapatite 다공체를 제조하고, 그 특성을 검토하였다. 나프탈렌 분말 입자의 양과 크기에 따라 다공체 기공의 크기와 제어가 가능했다. 또한 나프탈렌의 함량이 많아짐에 따라 기공률은 증가하지만 강도는 상대적으로 감소하였다. $H_20_2$를 사용한 경우에는 해면상의 다공체를 얻을 수 있었지만, 기공률 및 성형체의 모양을 제어하기가 어려웠다. 염화파라핀 $H_20_2$를 함께 사용한 경우, 해면상의 다공체는 물론 50% 이상의 높은 기공률의 제어가 가능하였다.
The functionally graded (FG) porous plates are usually characterized by the non-symmetric elastic modulus distribution through the thickness so that the plate neutral surface does not coincide with the mid-surface. Nevertheless, the conventional analysis models were mostly based on the plate mid-surface so that the accuracy of resulting numerical results is questionable. In this context, this paper presents the neutral surface-based static and free vibration analysis of FG porous plates and investigates the differences between the mid- and neutral surface-based analysis models. The neutral surface-based numerical method is formulated using the (3,3,2) hierarchical model and approximated by the last introduced natural element method (NEM). The volume fractions of metal and ceramic are expressed by the power-law function and the cosine-type porosity distributions are considered. The proposed numerical method is demonstrated through the benchmark experiment, and the differences between two analysis models are parametrically investigated with respect to the thickness-wise material and porosity distributions. It is found from the numerical results that the difference cannot be negligible when the material and porosity distributions are remarkably biased in the thickness direction.
In this study, free vibration analysis of FG porous spherical cap reinforced by graphene platelets resting on Winkler-type elastic foundation has been surveyed for the first time. Three different types of porosity patterns are considered for the spherical cap whose two types of porosity patterns in the metal matrix are symmetric and the other one is uniform. Besides, five GPL patterns are assumed for dispersing of GPLs in the metal matrix. Tsai-Halpin and extended rule of the mixture are used to determine the Young modulus and mass density of the shell, respectively. Employing 3D FEM elasticity in conjunction with Hamilton's Principle, the governing motion equations of the structure are obtained and solved. The impact of various parameters including porosity coefficient, various porosity distributions in conjunction with different GPL patterns, the weight fraction of graphene Nano fillers, polar angles and stiffness coefficient of elastic foundation on natural frequencies of FG porous spherical cap reinforced by GPLs have been reported for the first time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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