Ozge Ozdemir;Huseyin Ural;Alexandre de Macedo Wahrhaftig
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.445-458
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2024
The objective of this paper is to present free vibration and static stability analyses of rotating composite beams reinforced with carbon nanotubes (CNTs) under uniform thermal loads. Beam structural equations and CNT-reinforced composite (CNTRC) beam formulations are derived based on Timoshenko beam theory (TBT). The temperature-dependent properties of the beam material, such as the elastic modulus, shear modulus, and material density, are assumed to vary over the thickness according to the rule of mixture. The beam material is modeled as a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in an isotropic matrix. The SWCNTs are aligned and distributed in the isotropic matrix with different patterns of reinforcement, namely the UD (uniform), FG-O, FG-V, FG- Λ and FG-X distributions, where FG-V and FG- Λ are asymmetric patterns. Numerical examples are presented to illustrate the effects of several essential parameters, including the rotational speed, hub radius, effective material properties, slenderness ratio, boundary conditions, thermal force, and moments due to temperature variation. To the best of the authors' knowledge, this study represents the first attempt at the finite element modeling of rotating CNTRC Timoshenko beams under a thermal environment. The results are presented in tables and figures for both symmetric and asymmetric distribution patterns, and can be used as benchmarks for further validation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.4
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pp.45-54
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1991
The closed forms of mass matrix with rotational inertia matrix are developed for free vibration analysis in space structures containing linearing tapered members with cross section of thin-walled tube. The exact displacement functions are used for formulating mass matrix. The very small slopes of the tapered member are used in usual practice, such that the series expansion forms of these are also developed to avoid numerical failure in vibration analysis. Significant improvements of accuracy and efficiency of free vibration analysis are achieved by using the mass matrices developed in this study. Frequencies of free vibration of tapered members are compared with solutions based upon stepped representation of beam element.
Deciding on an optimal sensor placement (OSP) is a common problem encountered in many engineering applications and is also a critical issue in the construction and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system. The present study focuses with techniques for selecting optimal sensor locations in a sensor network designed to monitor the health condition of Dalian World Trade Building which is the tallest in the northeast of China. Since the number of degree-of-freedom (DOF) of the building structure is too large, multi-modes should be selected to describe the dynamic behavior of a structural system with sufficient accuracy to allow its health state to be determined effectively. However, it's difficult to accurately distinguish the translational and rotational modes for the flexible structures with closely spaced modes by the modal participation mass ratios. In this paper, a new method of the OSP that computing the mode shape matrix in the weak axis of structure by the simplified multi-DOF system was presented based on the equivalent rigidity parameter identification method. The initial sensor assignment was obtained by the QR-factorization of the structural mode shape matrix. Taking the maximum off-diagonal element of the modal assurance criterion (MAC) matrix as a target function, one more sensor was added each time until the maximum off-diagonal element of the MAC reaches the threshold. Considering the economic factors, the final plan of sensor placement was determined. The numerical example demonstrated the feasibility and effectiveness of the proposed scheme.
Polypropylene (PP)-layered silicate nanocomposites were developed using a new processing method involving a supercritical carbon dioxide ($scCO_2$)-assisted co-rotating twin-screw extrusion process. The nanocomposites were prepared through two step extrusion processes. In the first step, the PP/clay mixture was extruded with $CO_2$ injected into the barrel of the extruder and the resulting foamed extrudate was cooled and pelletized. In the second step, the foamed extrudate was extruded with venting to produce the final PP/clay nanocomposites without $CO_2$. In this study, organophilic-clay and polypropylene matrix were used. Maleic anhydride grafted polypropylene (PP-g-MA) was used as a compatibilizer. This study focused on the effect of $scCO_2$ on the dispersion characteristics of the clays into a PP matrix and the rheological properties of the layered silicate based PP nanocomposites. The dispersion properties of clays in the nanocomposites as well as the rheological properties of the nanocomposites were examined as a function of the PP-g-MA concentration. The degree of dispersion of the clays in the nanocomposites was analyzed by X-ray diffraction and transmission electron microscope. Various rheological properties of the nanocomposites were measured using a rotational rheometer. In the experimental results, the $scCO_2$ assisted continuous manufacturing extrusion system was used to successfully produce the organophilic-clay filled PP nanocomposites. It was found that $scCO_2$ had a measurable effect on the clay dispersion in the polymer matrix and the melt intercalation of a polymer into clay layers.
This paper discusses the optimization of friction stir spot welding (FSSW) process parameters for joining Aluminum alloy (AA6061-T6) with Magnesium alloy (AZ31B) sheets. Prior to optimization an empirical relationship was developed to predict the Tensile Shear Fracture Load (TSFL) incorporating the four most important FSSW parameters, i.e., tool rotational speed, plunge rate, dwell time and tool diameter ratio, using response surface methodology (RSM). The experiments were conducted based on four factor, five levels central composite rotatable design (CCD) matrix. The maximum TSFL obtained was 3.61kN, with the tool rotation of 1000 rpm, plunge rate of 16 mm/min, dwell time of 5 sec and tool diameter ratio of 2.5.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.3
no.2
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pp.131-141
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1991
A method of optimum design of an axial rotary sensible heat exchanger for the heat recovery of exhaust gas from the air conditioning space was developed in consideration of economics of investment cost and profit according to the installation of heat exchangers. Leakage rate of exhaust gas was calculated and the correlation for the pressure drop due to leakage of exhaust gas was proposed. Heat transfer between the matrix and exhaust and intake gas was analysed to calculate the effectiveness of heat exchanger, which was used for the optimum design of rotary heat exchanger. The results show that optimum rotational speed increases as the length of rotor increases and there exists optimum NTU which maximizes the gain of total cost according to the installation of rotary heat exchanger.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.2
s.173
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pp.411-420
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2000
This paper presents a new method for calculating contact position and contact force. The proposed method calculates accurate contact position by introducing intermediate parameters. Accurate contac t force can be obtained by solving reduced equations of motion iteratively. This method can be applied to calculate not only contact force on contact points but also contact force on kinematic joints such as a rotational joint and a translational joint. Four numerical examples are given to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.15
no.2
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pp.45-55
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1989
This paper deals with development of a computer-aided process selection and sequencing technique and its software for metal cutting processes of rotational parts. The process selection procedure consists of selection for proper machining operations and machine tools suitable for the selected operations. Machining operations are selected based on machining surface features and machine tools are selected by employing a conversion table which converts machining operations into machine tools. The process sequence is determined by the proper manipulation of the precedence relation matrix. A computer program for the proposed technique is developed by using Turbo-Pascal on IBM PC/AT compatible system. The proposed technique works well to real problems.
Complex structures are usually assembled from several substructures with joints connecting them together. These joints have significant effects on the dynamic behavior of the assembled structure and must be accurately modeled. In structural analysis, these joints are often simplified by assuming ideal boundary conditions. However, the dynamic behavior predicted on the basis of the simplified model may have significant errors. This has prompted the researchers to include the effect of joint stiffness in the structural model and to estimate the stiffness parameters using inverse dynamics. In the present work, structural joints have been modeled as a pair of translational and rotational springs and frequency equation of the overall system has been developed using sub-structure synthesis. It is shown that using first few natural frequencies of the system, one can obtain a set of over-determined system of equations involving the unknown stiffness parameters. Method of multi-linear regression is then applied to obtain the best estimate of the unknown stiffness parameters. The estimation procedure has been developed for a two parameter joint stiffness matrix.
A new technique is proposed for bridge structural damage detection based on spatial wavelet analysis of the time history obtained from vehicle body moving over the bridge, which is different from traditional detection techniques based on the bridge response. A simply-supported Bernoulli-Euler beam subjected to a moving spring-mass unit is established, with the crack in the beam simulated by modeling the cracked section as a rotational spring connecting two undamaged beam segments, and the equations of motion for the system is derived. By using the transfer matrix method, the natural frequencies and mode shapes of the cracked beam are determined. The responses of the beam and the moving spring-mass unit are obtained by modal decomposition theory. The continuous wavelet transform is calculated on the displacement time histories of the sprung-mass. The case study result shows that the damage location can be accurately determined and the method is effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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