Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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제29권5호
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pp.647-657
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2018
Geometric imperfections may be created during the production process or setting borders of single-layer graphene sheets (SLGSs). Vacancy defects are an instance of geometric imperfection, so investigating the effect of these vacancies on the mechanical properties of single-layer graphene is extremely important. Since very few studies have been conducted on the structure of imperfect graphene (with the vacancy defect) as an anisotropic structure, further study of this defective structure seems imperative. Due to the vacancy defects and for the proper assessment of mechanical properties, the graphene structure should be considered anisotropic in certain states. The present study investigates the effects of site and size of vacancy defects on the mechanical properties of graphene as an anisotropic structure using the lekhnitskii interaction coefficients and Molecular Dynamic approach. The effect of temperature on the severity of the SLGS becoming anisotropic is also investigated in this study. The results reveal that the amount of temperature has a big effect on the severity of the structure getting anisotropic even for a graphene without any defects. The effect of aspect ratio, temperature and also size and site of vacancy defects on the material properties of the graphene are studied in this research work. According to the present study, using material properties of flawless graphene for imperfect structure can lead to inaccurate results.
Up to now, most studies are on interface crack problems in isotropic-isotropic dissimilar materials, but it seems to be not so much on anisotropic dissimlar materials. In this study, the stress intensity factors for an interface crack in anisotropic dissimilar materials are analysed using author's proposed extrapolation method by BEM and we have done a parametric study about material properties or shapes of crack affecting to the stress intensity factors. However, as there are not other's comparable numerical results on these anisotropic dissimilar materials to the best of author's knowledge, the reliability of the present results was proved by following two methods. The first is considering the asymptotic characteristic about stress intensity factors for an interface crack in anisotropic materials when the ansiotropic material approachs to the isotropic material. The second is considering the discontinuity of stress intensity factors between of a crack in an identical homogeneous anisotropic material and an interface crack in anisotropic dissimilar materials.
Kim, Kookhyun;Park, Sungju;Lee, Sangjoong;Hwang, Seongjun;Kim, Sumin;Lee, Yonghee
한국해양공학회지
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제34권6호
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pp.481-488
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2020
Composite materialsuch as glass-fiber reinforced plastic and carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) shows anisotropic property and have been widely used for structural members and outfitings of ships. The structural safety of composite structures has been generally evaluated via finite element analysis. This paper presents a technique for updating the finite element model of anisotropic beams or plates via natural frequencies. The finite element model updates involved a compensation process of anisotropic material properties, such as the elastic and shear moduli of orthotropic structural members. The technique adopted was based on a discrete genetic algorithm, which is an optimization technique. The cost function was adopted to assess the optimization problem, which consisted of the calculated and referenced low-order natural frequencies for the target structure. The optimization process was implemented with MATLAB, which includes the finite element updates and the corresponding natural frequency calculations with MSC/NASTRAN. Material properties of a virtual cantilevered orthotropic beam were estimated to verify the presented method and the results obtained were compared with the reference values. Furthermore, the technique was applied to a cantilevered CFRP beam to successfully estimate the unknown material properties.
In this paper, when stress waves are propagated along the reinforced direction of the composite, the characteristic equation of Rayleigh wave is derived. The relationships between velocities of stress waves and Rayleigh wave are studied for anisotropic ratios(E(sub)11/E(sub)12 or E(sub)22/E(sub)11). The increments of anisotropic ratios is made by using known material properties and being constant of basic properties. When the anisotropic ratios are increased, Rayleigh wave velocities to the shear wave velocities are almost equal to 1 with any anisotropic ratios. Rayleigh wave velocities to the longitudinal wave velocities and Shear wave velocities ratio to the longitudinal wave velocities are almost identical each other, they are between 0.12 and 0.21. When the anisotropic ration is very high, that is, E(sub)11/E(sub)22=46.88, Rayleigh wave velocities and the shear wave velocities are almost constant with Poissons ratio, longitudinal wave velocities are very slowly increased with the increments of Poissons ratios. When E(sub)11(elastic modulus of the reinforced direction)and ν(sub)12 are constant, Rayleigh wave velocities and the shear wave velocities are steeply decreased with the increments of anisotropic ratios and the velocities of longitudinal wave are almost constant with them. When E(sub)22(elastic modulus of the normal direction to the fiber) and ν(sub)12 are constant, Rayeigh wave velocities is slowly increased with the increments of anisotropic ratios, the shear wave velocities are almost constant with them, the longitudinal wave velocities are steeply increased with them.
Kim Ji-Hoon;Lee Myoung-Gyu;Chung Kwan-Soo;Youn Jae-Ryoun;Kang Tae-Jin
Fibers and Polymers
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제7권1호
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pp.42-50
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2006
In this paper, elasto-plastic constitutive equations for highly anisotropic and asymmetric materials are developed and their numerical implementation is presented. Some engineering materials such as fiber reinforced composites show different material behavior in the different material directions (anisotropy) as well as in tension and compression (asymmetry). Although these materials have mostly been analyzed using the anisotropic elastic constitutive equations, the necessity of consideration of plastic properties has been frequently reported in the previous works. In order to include both the anisotropic and asymmetric properties of composite materials, the Drucker-Prager yield criterion is modified by adding anisotropic parameters and initial components of translation. The implementation procedure for the developed theory and algorithms is presented based on the implicit finite element scheme. The measured data from the previous work are used to validate the present constitutive equations.
Perforated plates are used for the steam generator tube-sheet and the Reactor Vessel Closure Head in the Nuclear Power Plant. The ASME code, Section III Appendix A-8000, addresses the analysis of perforated plates, however, this analysis is only limited to the flat plate with a triangular perforation pattern. Based on the concept of the effective elastic constants, simulation of flat and spherical perforated plates and their equivalent solid plates were carried out using Finite Element Analysis (FEA). The isotropic material properties of the perforated plate were replaced with anisotropic material properties of the equivalent solid plate and subjected to the same loading conditions. The generated curves of effective elastic constants vs ligament efficiency for the flat perforated plate were in agreement with the design curve provided by ASME code. With this result, a plate with spherical curvature having perforations can be conveniently analyzed with equivalent elastic modulus and equivalent Poisson's ratio.
Kim, Jinsu;Yoon, Jeong Whan;Kim, Hyochan;Lee, Sung-Uk
Nuclear Engineering and Technology
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제53권10호
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pp.3379-3397
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2021
In this study, a multi-physics modeling method was developed to analyze a nuclear fuel rod's thermo-mechanical behavior especially for high temperature anisotropic creep deformation during ballooning and burst occurring in Loss of Coolant Accident (LOCA). Based on transient heat transfer and nonlinear mechanical analysis, the present work newly incorporated the nuclear fuel rod's special characteristics which include gap heat transfer, temperature and burnup dependent material properties, and especially for high temperature creep with material anisotropy. The proposed method was tested through various benchmark analyses and showed good agreements with analytical solutions. From the validation study with a cladding burst experiment which postulates the LOCA scenario, it was shown that the present development could predict the ballooning and burst behaviors accurately and showed the capability to predict anisotropic creep behavior during the LOCA. Moreover, in order to verify the anisotropic creep methodology proposed in this study, the comparison between modeling and experiment was made with isotropic material assumption. It was found that the present methodology with anisotropic creep could predict ballooning and burst more accurately and showed more realistic behavior of the cladding.
This work deals with the size-dependent wave propagation analysis of functionally graded (FG) anisotropic nanoplates based on a nonlocal strain gradient refined plate model. The present model incorporates two scale coefficients to examine wave dispersion relations more accurately. Material properties of FG anisotropic nanoplates are exponentially varying in the z-direction. In order to solve the governing equations for bulk waves, an analytical method is performed and wave frequencies and phase velocities are obtained as a function of wave number. The influences of several important parameters such as material graduation exponent, geometry, Winkler-Pasternak foundation parameters and wave number on the wave propagation of FG anisotropic nanoplates resting on the elastic foundation are investigated and discussed in detail. It is concluded that these parameters play significant roles on the wave propagation behavior of the nanoplates. From the best knowledge of authors, it is the first time that FG nanoplate made of anisotropic materials is investigated, so, presented numerical results can serve as benchmarks for future analysis of such structures.
In the case of the large power transformer, the grain-oriented material is usually used. So, to obtain more accurate results, anisotropy and non-linearity of the material must be considered. The Newton-Raphson(NR) method is generally used for analyzing these non-linear properties, but it consumes so much time, especially when the number of nodes is large or the shape of the model is complex. The transmission line modeling (TLM) method is successfully adopted to the analysis of non-linear properties with FEM, but it has not been adopted to the analysis of the anisotropic material. In this paper, the formulation of the TLM method considering anisotropy is developed and the adoption to the 3-phase transformer is presented.
The necessity of nondestructively inspecting austenitic steels, fiber-reinforced composites, and other inherently anisotropic materials has stimulated considerable interest in developing beam models for anisotropic media. The properties of slowness surface playa key role in the beam models based on the paraxial approximation. In this paper, we apply a modular multi-Gaussian beam (MMGB) model to study the effects of material anisotropy on ultrasonic beam profile. It is shown that the anisotropic effects of beam skew and excess beam divergence enter into the MMGB model through parameters defining the slope and curvature of the slowness surface. The overall beam profile is found when the quasilongitudinal(qL) beam propagates in the symmetry plane of transversely isotropic austenitic steels. Simulation results are presented to illustrate the effects of these parameters on ultrasonic beam diffraction and beam skew. The MMGB calculations are also checked by comparing the anisotropy factor and beam skew angle with other analytical solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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