This investigation presents nonlinear free vibration of a carbon nanotube reinforced composite beam based on the Von Kármán nonlinearity and the Euler-Bernoulli beam theory The material properties of the structure is considered as made of a polymeric matrix by reinforced carbon nanotubes according to different material distributions. The governing equations of the nonlinear vibration problem is delivered by using Hamilton's principle and the Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then is solved by using of multiple time scale method. The nonlinear natural frequency and the nonlinear free response of the system is obtained with the effect of different patterns of reinforcement.
Kang Tae-June;Kim Dong-Iel;Huh Yong-Hak;Kim Yong-Hyup
Composites Research
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v.19
no.3
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pp.23-28
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2006
Carbon nanotubes reinforced copper matrix laminated nanocomposites were developed and the mechanical properties were evaluated by using micro-tensile testing system. Sandwich-type laminated structure constituted with carbon nanotube layers as a reinforcement and electroplated copper matrix were fabricated by a new processing approach based on selective dip-coating of carbon nanotubes. The mechanical properties of nanocomposites were improved due to an enhanced load sharing capacity of carbon nanotubes homogeneously distributed within the in-plane direction, as well as a bridging effect of carbon nanotubes along the out-of-plane direction between the upper and lower matrices. The universality of the layering approach is applicable to a wide range of functional materials, and here we demonstrate its potential use in reinforcing composite materials.
Arani, Ali Ghorbanpour;Haghparast, Elham;Zarei, Hassan BabaAkbar
Steel and Composite Structures
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v.23
no.5
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pp.529-541
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2017
In the present study, vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) plate moving in two directions is investigated. Various types of shear deformation theories are utilized to obtain more accurate and simplest theory. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are selected as a reinforcement of composite face sheets inside Poly methyl methacrylate (PMMA) matrix. Moreover, different kinds of distributions of CNTs are considered. Based on extended rule of mixture, the structural properties of composite face sheets are considered. Motion equations are obtained by Hamilton's principle and solved analytically. Influences of various parameters such as moving speed in x and y directions, volume fraction and distribution of CNTs, orthotropic viscoelastic surrounding medium, thickness and aspect ratio of composite plate on the vibration characteristics of moving system are discussed in details. The results indicated that thenatural frequency or stability of FGCNTRC plate is strongly dependent on axially moving speed. Moreover, a better configuration of the nanotube embedded in plate can be used to increase the critical speed, as a result, the stability is improved. The results of this investigation can be used in design and manufacturing of marine vessels and aircrafts.
In this study, nonlinear response of laminated functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) plate under low-velocity impact based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach in thermal conditions is studied. The governing equations are derived based on higher-order shear deformation plate theory (HSDT) under von $K\acute{a}rm\acute{a}n$ geometrical nonlinearity assumptions. The finite element method with 15 DOF at each node and Newmark's numerical integration method is applied to solve the governing equations. Four types of distributions of the uniaxially aligned reinforcement material through the thickness of the plates are considered. Material properties of the CNT and matrix are assumed to be temperature dependent. Contact force between the impactor and the laminated plate is obtained with the aid of the modified nonlinear Hertzian contact law models. In the numerical example, the effect of layup (stacking sequence) and lamination angle as well as the effect of temperature variations, distribution of CNTs, volume fraction of the CNTs, the mass and the velocity of the impactor in a constant energy level and boundary conditions on the impact response of the CNTRC laminated plates are investigated in details.
Carbon nanotubes (CNTs) have been the subject of intensive studies for applications in the fields of nano technologies in recent years due to their superior mechanical, electric, optical and electronic properties. Because of their exceptionally small diameters (${\appros}\;several\;nm$) as well as their high Young's modulus (${\appros}1\;TPa$), tensile strength (${\appros}\;200\;GPa$) and high elongation (10-30%) in addition to a high chemical stability, CNTs are attractive reinforcement materials for light weight and high strength metal matrix composites. Although extensive researches have been performed on the electrical, mechanical and functional properties of CNTs, there are not many successful results on the mechanical properties of CNT dispersed nanocomposites. In this paper, we applied equal channel angular pressing for consolidation of CNT/Cu powder mixtures. We also investigated the hardness and microstructures of CNT/Cu nanocomposites used experimental for metal matrix composites.
The effect of nanoparticle volume fraction on the elastic properties of a polymer-based nanocomposite was experimentally investigated and the obtained results were compared with various existing theoretical models. The nanocomposite was consisted of high density polyethylene (HDPE) as polymeric matrix and 0, 0.5, 1 and 1.5 wt.% multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) prepared using twin screw extruder and injection molding technique. Nanocomposite samples were molded in injection apparatus according to ASTM-D638 standard. Therefore, in addition to morphological investigations of the samples, tensile tests at ambient temperature were performed on each sample and stress-strain plots, elastic moduli, Poisson's ratios, and strain energies of volume units were extracted from primary strain test results. Tensile test results demonstrated that 1 wt.% nanoparticles presented the best reinforcement behavior in HDPE-MWCNT nanocomposites. Due to the agglomeration of nanoparticles at above 1 wt.%, Young's modulus, yielding stress, fracture stress, and fracture energy were decreased and Poisson's ratio and failure strain were increased.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.117-120
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2005
The relationship between strain and applied potential was derived for composite actuators consisting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) and conductive polymers (CPs). During deriving the relationship, an electrochemical ionic approach is utilized to formulate the electromechanical actuation of the composite film actuator. The results show that the well-aligned SWNTs composite actuator can give good actuation responses and high actuating forces available. The actuation is found to be affected by both SWNTs and CPs components and the actuation of SWNTs component has two kinds of influences on that of the CPs component: reinforcement at the positive voltage and abatement at the negative voltage. CNT/EAP was fabricated successfully using the chemical polymerization method.
The surface treatment effects of reinforcement filler were investigated based on the dynamic mechanical properties of mutiwalled carbon nanotubes (MWCNTs)/epoxy composites. The as-received MWCNTs(R-MWCNTs) were chemically modified by direct oxyfluorination method to improve the dispersibility and adhesiveness with epoxy resins in composite system. In order to investigate the induced functional groups on MWCNTs during oxyfluorination, X-ray photoelectron spectroscopy was used. The thermo-mechanical property of MWCNTs/epoxy composite was also measured based on effects of oxyfluorination treatment of MWCNTs. The storage modulus of MWCNTs/epoxy composite was enhanced about 1.27 times through oxyfluorination of MWCNTs fillers at $25^{\circ}C$. The storage modulus of oxyfluorinated MWCNTs (OF73-MWCNTs) reinforced epoxy composite was much higher than that of R-MWCNTs/epoxy composite. It revealed that oxygen content led to the efficient carbon-fluorine covalent bonding during oxyfluorination. These functional groups on surface modified MWCNTs induced by oxyfluorination strikingly made an important role for the reinforced epoxy composite.
Using the non-local elasticity theory, Timoshenko beam model is developed to study the non- local buckling of Triple-walled carbon nanotubes (TWCNTs) embedded in an elastic medium under axial compression. The chirality and small scale effects are considered. The effects of the surrounding elastic medium based on a Winkler model and van der Waals' (vdW) forces between the inner and middle, also between the middle and outer nanotubes are taken into account. Considering the small-scale effects, the governing equilibrium equations are derived and the critical buckling loads under axial compression are obtained. The results show that the critical buckling load can be overestimated by the local beam model if the small-scale effect is overlooked for long nanotubes. In addition, significant dependence of the critical buckling loads on the chirality of zigzag carbon nanotube is confirmed. Furthermore, in order to estimate the impact of elastic medium on the non-local critical buckling load of TWCNTs under axial compression, the use of these findings are important in mechanical design considerations, improve and reinforcement of devices that use carbon nanotubes.
The relationship between strain and applied potential was derived for composite actuators consisting of single-wall carbon nanotubes (SWNTs) and conductive polymers (CPs). During deriving the relationship, an electrochemical ionic approach is utilized to formulate the electromechanical actuation of the composite film actuator. This relationship can give us a direct understanding of the actuation of a nanoactuator. The results show that the well-aligned SWNTs composite actuator can give good actuation responses and high actuating forces available. The actuation is found to be affected by both SWNTs and CPs components and the actuation of SWNTs component has two kinds of influences on that of the CPs component: reinforcement at the positive voltage and abatement at the negative voltage. Optimizations of SWNTs-CPs composite actuator may be achieved by using well-aligned nanotubes as well as choosing suitable electrolyte and input voltage range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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