The use of functionally graded materials in applications involving severe thermal gradients is quickly gaining acceptance in the composite mechanics community, the aerospace and aircraft industry. In the present study, a refined sandwich plate model is applied to study the free vibration analysis of porous functionally graded material (FGM) sandwich plates with various distribution rate of porosity. Two types of common FG sandwich plates are considered. The first sandwich plate is composed of two FG material (FGM) face sheets and a homogeneous ceramic or metal core. The second one consists of two homogeneous fully metal and ceramic face sheets at the top and bottom, respectively, and a FGM core. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the sandwich plate. The number of unknowns and equations of motion of the present theory is reduced and hence makes them simple to use. In the analysis, the equation of motion for simply supported sandwich plates is obtained using Hamilton's principle. In order to present the effect of the variation of the porosity distribution on the dynamic behavior of the FGM sandwich plates, new mixtures are proposed which take into account different rate of porosity distribution between the ceramic and the metal. The present method is applicable to study the dynamic behavior of FGM plates and sandwich plates. The frequencies of two kinds of FGM sandwich structures are analyzed and discussed. Several numerical results have been compared with the ones available in the literature.
In this study, free vibration analysis of functionally graded (FG) porous truncated conical shell panels reinforced by graphene platelets (GPLs) has been investigated for the first time. Additionally, the effect of three different types of porosity distribution and five different types of GPLs patterns on dynamic response of the shell are also studied. Halpin-Tsai micromechanical model and Voigt's rule are used to determine Young modulus, shear modulus and Poisson's ratio with mass densities of the shell, respectively. The main novelties of present study are: applying 3D elasticity theory and the finite element method in conjunction with Rayleigh-Ritz method to give more accurate results unlike other simplified shell theories, and also presenting a general 3D solution in cylindrical coordinate system that can be used for analyses of different structures such as circular, annular and annular sector plates, cylindrical shells and panels, and conical shells and panels. A convergence study is performed to justify the correctness of the obtained solution and numerical results. The impact of porosity and GPLs patterns, the volume of voids, the weight fraction of graphene nanofillers, semi vertex and span angles of the cone, and various boundary conditions on natural frequencies of the functionally graded panel have been comprehensively studied and discussed. The results show that the most important parameter on dynamic response of FG porous truncated conical panel is the weight fraction of nanofiller and adding 1% weight fraction of nanofiller could increase 57% approximately the amounts of natural frequencies of the shell. Moreover, the porosity distribution has great effect on the value of natural frequency of structure rather than the porosity coefficient.
The present study examines the natural frequencies (NFs) of perfect/imperfect functionally graded sandwich beams (P/IP-FGSBs), which are composed of a porous core constructed of functionally graded materials (FGMs) and a homogenous isotropic metal and ceramic face sheets resting on elastic foundations. To accomplish this, the material properties of the FGSBs are assumed to vary continuously along the thickness direction as a function of the volume fraction of constituents expressed by the modified rule of the mixture, which includes porosity volume fraction represented using four distinct types of porosity distribution models. Additionally, to characterize the reaction of the two-parameter elastic foundation to the Perfect/Imperfect (P/IP) FGSBs, the medium is assumed to be linear, homogeneous, and isotropic, and it is described using the Winkler-Pasternak model. Furthermore, the kinematic relationship of the P/IP-FGSBs resting on the Winkler-Pasternak elastic foundations (WPEFs) is described using trigonometric shear deformation theory (TrSDT), and the equations of motion are constructed using Hamilton's principle. A closed-form solution is developed for the free vibration analysis of P/IP-FGSBs resting on the WPEFs under four distinct boundary conditions (BCs). To validate the new formulation, extensive comparisons with existing data are made. A detailed investigation is carried out for the effects of the foundation coefficients, mode numbers (MNs), porosity volume fraction, power-law index, span to depth ratio, porosity distribution patterns (PDPs), skin core skin thickness ratios (SCSTR), and BCs on the values of the NFs of the P/IP-FGSBs.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Tarek Merzouki;AhmedAmine Daikh;Aman Garg;Abdelouahed Tounsi;Mohamed A. Eltaher;Mohamed-Ouejdi Belarbi
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.1
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pp.1-11
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2024
This article introduces a novel analytical model for examining the impact of porosity on shear correction factors (SCFs) in functionally graded porous beams (FGPB). The study employs uneven and logarithmic-uneven modified porosity-dependent power-law functions, which are distributed throughout the thickness of the FGP beams. Additionally, a modified exponential-power law function is used to estimate the effective mechanical properties of functionally graded porous beams. The correction factor plays a crucial role in this analysis as it appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant. It compensatesfor the assumption that the shear strain is uniform across the depth of the cross-section. By applying the energy equivalence principle, a general expression for static SCFs in FGPBs is derived. The resulting expression aligns with the findings obtained from Reissner's analysis, particularly when transitioning from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional case (beam). The article presents a convenient algebraic form of the solution and provides new case studies to demonstrate the practicality of the proposed formulation. Numerical results are also presented to illustrate the influence of porosity distribution on SCFs for different types of FGPBs. Furthermore, the article validates the numerical consistency of the mechanical property changesin FG beams without porosity and the SCF by comparing them with available results.
In the present study, polyacetal bone mimics with circular cylindrical pores were used to investigate variations of speed of sound and attenuation coefficient with porosity and microarchitecture in bone. The speed of sound and attenuation coefficient of the 6 bone mimics with porosities from 0 % to 65.9 % were measured by a through-transmission method in water, using a pair of broadband, unfocused transducers with a diameter of 12.7 mm and a center frequency of 1.0 MHz. Independently of the structural properties of the bone mimics, the speed of sound decreased almost linearly with the increasing porosity. The attenuation coefficient measured at 1.0 MHz exhibited linear or nonlinear correlations with the porosity, depending on the structural properties of the bone mimics. These results are consistent with those previously published by other researchers using bone samples and mimics, and advances our understanding of the relationships of the ultrasonic parameters for the diagnosis of osteoporosis with the bone density and microarchitecture in human bones.
Due to the increasing significance of durability, much researches on carbonation, one of the major deterioration phenomena are carried out. However, conventional researches based on fully hardened concrete are focused on prediction of carbonation depth and they sometimes cause errors. In contrast with steel members, behaviors in early-aged concrete such as porosity and hydrates (calcium hydroxide) are very important and may be changed under carbonation process. Because transportation of deteriorating factors is mainly dependent on porosity and saturation, it is desirable to consider these changes in behaviors in early-aged concrete under carbonation for reasonable analysis of durability in long term exposure or combined deterioration. As for porosity, unless the decrease in $CO_2$ diffusion due to change in porosity is considered, the results from the prediction is overestimated. The carbonation depth and characteristics of pore water are mainly determined by amount of calcium hydroxide, and bound chloride content in carbonated concrete is also affected. So Analysis based on test for hydration and porosity is recently carried out for evaluation of carbonation characteristics. In this study, changes in porosity and hydrate $(Ca(OH)_2)$ under carbonation process are performed through the tests. Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) for changed porosity, Thermogravimetric Analysis (TGA) for amount of $(Ca(OH)_2)$ are carried out respectively and analysis technique for porosity and hydrates under carbonation is developed utilizing modeling for behavior in early-aged concrete such as multi component hydration heat model (MCHHM) and micro pore structure formation model (MPSFM). The results from developed technique is in reasonable agreement with experimental data, respectively and they are evaluated to be used for analysis of chloride behavior in carbonated concrete.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.10
no.2
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pp.72-78
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2002
Woven wire wick is a very effective structure because of its easiness to insert inside of pipe for a miniature heat pipe. The present study was conducted to predict the porosity and the effective thermal conductivity of liquid-saturated woven wire wick. The porosity and the effective thermal conductivity of the evaporator region indicate different values from those of the condenser region due to the existence of non-flow region. The minimum value of the effective thermal conductivity indicates on condition of the $\theta$=$45^{Wcirc}$ and the values of the effective thermal conductivity increases symmetrically centering around the minimum value. The values of the effective thermal conductivity in the evaporator region at the angle of $45^{Wcirc}$ indicate about 60~80% higher than those in the condenser region for various combinations of copper, and stainless with water and ethanol.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.5
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pp.415-421
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2012
Stirling engine is an external combustion engine, whose efficiency approaches that of Carnot engine with the help of a regenerator. The regenerator is a heat exchanger composed of porous medium, whose performance is dependent on the pore structure. Three types of pore structures are considered in the present study. They are wire screen, random wire and composite structure, i.e. a combination of wire screens with different hydraulic diameters. The porosity more highly affects the performance of a regenerator compared to the hydraulic diameter. The random wire can yield high effectiveness even at a high porosity. The composite mesh gives better performance when the hydraulic diameter decreases in the direction from hot side to cold side.
Drag forces on a rectangular louvered panel, both as a free-standing structure and as a component in a generic low-rise building model, were obtained in a wind tunnel study. When tested in a building model, the porosity ratio of the wall opposite the louvered panel was varied to investigate its effect on the loading of the louvered panel. Both mean and pseudo-steady drag coefficients were obtained. Comparisons with the provisions for porous walls in contemporary loading standards indicate that for some opposite wall porosity ratios, the standards specify significantly different wind loads (larger and smaller) than obtained from this wind tunnel study.
In order to make a highly ordered three-dimensionally macro-porous structure of zirconia ceramics, porogen precursors PMMA beads were prepared by emulsion polymerization using acrylic monomer. The monodisperse PMMA latex beads were closely packed by centrifugation as a porogen template for the infiltration of zirconium acetate solution. The mixed compound of PMMA and zirconium acetate was dried. According to the firing schedule, dry compacts of PMMA and zirconium acetate were calcined at $475^{\circ}C$ to obtain micro-, macro-, and meso- structures of polycrystalline zirconia with monodispersed porosity. Inorganic frameworks composed of $ZrO_2$ were formed and showed a three Dimensionally Ordered Microstructure [3DOM] of $ZrO_2$ ceramics. The obtained $ZrO_2$ skeleton was calcined at $710^{\circ}C$. The 3DOM $ZrO_2$ skeleton showed color tuning in solutions such as deionized [DI] $H_2O$ and/or methanol. The monodispersed crystalline micro-structure with micro/meso porosity was observed by FE-SEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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