Kim, Myung-Sub;Lee, Sang-Eui;Lee, Won-Jun;Kim, Chun-Gon
Advanced Composite Materials
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제18권3호
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pp.209-219
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2009
Carbon nanotubes (CNTs) have shown great potential for the reinforcement of polymers or fiber-reinforced composites. In this study, mechanical properties of multi-walled carbon nanotube (MWNT)-filled plain-weave glass/epoxy composites intended for use in radar absorbing structures were evaluated with regard to filler loading, microstructure, and fiber volume fraction. The plain-weave composites containing MWNTs exhibited improved matrix-dominant and interlaminar fracture-related properties, that is, compressive and interlaminar shear strength. This is attributed to strengthening of the matrix rich region and the interface between glass yarns by the MWNTs. However, tensile properties were only slightly affected by the addition of MWNTs, as they are fiber-dominant properties.
Loghman, Abbas;Arani, Ali Ghorbanpour;Barzoki, Ali Akbar Mosallaie
Computers and Concrete
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제19권6호
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pp.677-687
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2017
The nonlinear buckling response of nano composite anti-symmetric functionally graded polymeric microplate reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) rested on orthotropic elastomeric foundation with temperature dependent properties is investigated. For the carbon-nanotube reinforced composite (CNTRC) microplate, a uniform distribution (UD) and four types of functionally graded (FG) distribution are considered. Based on orthotropic Mindlin plate theory, von Karman geometric nonlinearity and Hamilton's principle, the governing equations are derived. Generalized differential quadrature method (GDQM) is employed to calculate the non-linear buckling response of the plate. Effects of FG distribution type, elastomeric foundation, aspect ratio (thickness to width ratio), boundary condition, orientation of foundation orthotropy and temperature are considered. The results are validated. It is found that the critical buckling load without elastic medium is significantly lower than considering Winkler and Pasternak medium.
Micro-holes of conductive ceramic are required in micro structures. Micro-electrical discharge machining (Micro-EDM) is an effective machining method since EDM is as process for shaping hard metals and complex-shaped holes by spark erosion in all kinds of electro-conductive materials. However, as the depth of micro hole increases, the machining condition becomes more unstable due to inefficient removal of debris between the electrode and the workpiece. In this paper, micro-EDM was performed to evaluate machining characteristic such as electrode wear, machining time, taper angle, radial clearance with varying voltage and ultrasonic vibration on 10 vol.% Carbon-nanotube reinforced conductive $Al_2O_3$ composite fabricated by spark plasma sintering in previous research.
In this paper, the nonlinear cylindrical bending behavior of functionally graded nanocomposite plates reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is studied using an efficient and simple refined theory. This theory is based on assumption that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components in which the bending components do not contribute toward shear forces and, likewise, the shear components do not contribute toward bending moments. The material properties of SWCNTs are assumed to be temperature-dependent and are obtained from molecular dynamics simulations. The material properties of functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTCRs) are assumed to be graded in the thickness direction, and are estimated through a micromechanical model. The fundamental equations for functionally graded nanocomposite plates are obtained using the Von-Karman theory for large deflections and the solution is obtained by minimization of the total potential energy. The numerical illustrations concern the nonlinear bending response of FG-CNTRC plates under different sets of thermal environmental conditions, from which results for uniformly distributed CNTRC plates are obtained as comparators.
The current study is dedicated to study the thermal effects of wave propagation in beams, reinforced by carbon nanotubes (CNT). Beams, made up of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) are the future materials in various high tech industries. Herein a Winkler elastic foundation is assumed in order to make the model more realistic. Mostly, CNTs are pervaded in cross section of beam, in various models. So, it is tried to use four of the most profitable reconstructions. The homogenization of elastic and thermal properties such as density, Yong's module, Poisson's ratio and shear module of CNTRC beam, had been done by the demotic rule of mixture to homogenize, which gives appropriate traits in such settlements. To make this investigation, a perfect one, various shear deformation theories had been utilized to show the applicability of this theories, in contrast to their theoretical face. The reigning equation had been derived by extended Hamilton principle and the culminant equation solved analytically by scattering relations for propagation of wave in solid bodies. Results had been verified by preceding studies. It is anticipated that current results can be applicable in future studies.
In this work, thermoelastic dynamic behavior of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) cylinders subjected to mechanical pressure loads, uniform temperature environment or thermal gradient loads is investigated by a mesh-free method. The material properties and thermal stress wave propagation of the nanocomposite cylinders are derived after solving of the transient thermal equation and obtaining of the time history of temperature field of the cylinders. The nanocomposite cylinders are made of a polymer matrix and wavy single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The volume fraction of carbon nanotubes (CNTs) are assumed variable along the radial direction of the axisymmetric cylinder. Also, material properties of the polymer and CNT are assumed temperature-dependent and mechanical properties of the nanocomposite are estimated by a micro mechanical model in volume fraction form. In the mesh-free analysis, moving least squares shape functions are used to approximate temperature and displacement fields in the weak form of motion equation and transient thermal equation, respectively. Also, transformation method is used to impose their essential boundary conditions. Effects of waviness, volume fraction and distribution pattern of CNT, temperature of environment and direction of thermal gradient loads are investigated on the thermoelastic dynamic behavior of FG-CNTRC cylinders.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Masoodi, Amir R.;Rajabzadeh-Safaei, Niloofar
Steel and Composite Structures
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제30권6호
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pp.493-516
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2019
This paper is dedicated to nonlinear static and free vibration analysis of Uniform Distributed Carbon Nanotube Reinforced Composite (UD-CNTRC) structures under in-plane loading. The authors have suggested an efficient six-node triangular element. Mixed Interpolation of Tensorial Components (MITC) approach is employed to alleviate the membrane locking phenomena. Moreover, the behavior of the well-known LST element is considerably improved by applying an additional linear interpolation on the strain fields. Based on the rule of mixture, the properties of CNTRC are obtained. In this study, only the uniform distributed CNTs are employed through the thickness direction of element. To achieve the natural frequencies and shape modes, the eigenvalue problem is also solved. Using Total Lagrangian Principles, large amplitude free vibration is considered based on the first normalized mode shape of structure. Different well-known plane problem benchmarks and some proposed ones are studied to validate the accuracy and capability of authors' formulations. In addition, the effects of length to the height ratio of beam, CNT's characteristics, support conditions and normalized amplitude parameter on the linear and nonlinear vibration parameters are investigated.
High energy ball milling is employed to produce iron matrix- multiwall carbon nanotube (MWCNT) reinforced composite. The damage caused to MWCNT due to harsh ball milling condition and its influence on interfacial bonding is studied. Different amount of MWCNT is used to find the optimal percentage of MWCNT for avoidance of the formation of chemical reaction product at the matrix - reinforcement interface. Effect of process control agent is assessed by the use of different materials for the purpose. It is observed that ethanol as a process control agent (PCA) causes degradation of MWCNT reinforcements after milling for two hours whereas solid stearic acid used as process control agent, allows satisfactory conservation of MWCNT structure. It is further noted that at a high MWCNT content (~ 2wt.%), high energy ball milling leads to reaction of iron and carbon and forms iron carbide (cementite) at the iron-MWCNT interface. At low percentage of MWCNT, dissolution of carbon in iron takes place and the amount of reinforcement in iron matrix composite becomes negligibly small. However, under the present ball milling condition (ball to metal ratio~ 6:1 and 200 rpm vial speed) iron-1wt.% MWCNT composite of good interfacial bonding can retain the tubular structure of reinforcing MWCNT.
The tensile-recoil compressional behavior of the carbon nanotube reinforced mesophase pitch (MP)-based composite carbon fibers (CNT-re-MP CFs) was investigated by using Instron and SEM. The CNT-re-MP CFs exhibited improved, or at least equivalent, compressive strength as compared with commercial MP-based carbon fibers. Particularly, when CNT of 0.1 wt% was reinforced, the ratios of recoil compressive strengths to tensile strength of CNT-re-MPCFs were much higher (the difference is at least 10 % or higher) than those for the commercial counterparts and even than those for PAN-based commercial carbon fibers. FESEM micrographs showed somewhat different fractography from that of a typical shear failure as the CNT content increased.
In the present paper, the influences of the variation of exponent of volume fraction of carbon nanotubes (CNTs) on the natural frequencies (NFs) of the carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) beams under four different boundary conditions (BCs) are investigated. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be aligned and dispersed in a polymeric matrix with various reinforcing patterns, according to the variation of exponent of volume fraction of CNTs for functionally graded (FG) reinforcements. Besides, uniform distribution (UD) of reinforcement is also considered to analyze the influence of the non-linear (NL) variation of the reinforcement of CNTs. Using Hamilton's principle and third-order shear deformation theory (TSDT), the equations of motion of the CNTRC beam are derived. Under four different BCs, the resulting equations are solved analytically. To verify the present formulation, comparison investigations are conducted. To examine the impacts of several factors on the NFs of the CNTRC beams, numerical examples and some benchmark results are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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