Both negative and positive substrate bias effects on the structural properties and field-emission characteristics are investigated. carbon nanotubes (CNTs) are grown on Ni catalysts employing an inductively-coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) method. Characterization using various techniques, such as field-emission scanning electron microscopy (FESEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Auger spectroscopy (AES), and Raman spectroscopy, shows that the physical dimension as well as the crystal quality of CNTs grown can be changed and controlled by the application of substrate bias during CNT growth. It is for the first time observed that the prevailing growth mechanism of CNTs, which is either due to tip-driven growth or based-on-catalyst growth, may be influenced by substrate biasing. It is also seen that negative biasing would be more effectively role in the vertical-alignment of CNTs compared to positive biasing. However, the CNTs grown under the positively bias condition display much better electron emission capabilities than those grown under negative bias or without bias. The reasons for all the measured data regarding the structural properties of CNTs are discussed to confirm the correlation with the observed field-emissive properties.
Probabilistic buckling behavior of sandwich panel considering random system parameters using a radial basis function (RBF) approach is presented in this paper. The random system properties result in an uncertain response of the sandwich structure. The buckling load of laminated sandwich panel is obtained by employing higher-order-zigzag theory (HOZT) coupled with RBF and probabilistic finite element (FE) model. The in-plane displacement variation of core as well as facesheet is considered to be cubic while transverse displacement is considered to be quadratic within the core and constant in the facesheets. Individual and combined stochasticity in all elemental input parameters (like facesheets thickness, ply-orientation angle, core thickness and properties of material) are considered to know the effect of different degree of stochasticity, ply- orientation angle, boundary conditions, core thickness, number of laminates, and material properties on global response of the structure. In order to achieve the computational efficiency, RBF model is employed as a surrogate to the original finite element model. The stiffness matrix of global response is stored in a single array using skyline technique and simultaneous iteration technique is used to solve the stochastic buckling equations.
The present paper deals with delamination fracture analyses of the multilayered functionally graded non-linear elastic Symmetric Split Beam (SSB) configurations. The material is functionally graded in both width and height directions in each layer. It is assumed that the material properties are distributed non-symmetrically with respect to the centroidal axes of the beam cross-section. Sine laws are used to describe the continuous variation of the material properties in the cross-sections of the layers. The delamination fracture is analyzed in terms of the strain energy release rate by considering the balance of the energy. A comparison with the J-integral is performed for verification. The solution derived is used for parametric analyses of the delamination fracture behavior of the multilayered functionally graded SSB in order to evaluate the effects of the sine gradients of the three material properties in the width and height directions of the layers and the location of the crack along the beam width on the strain energy release rate. The solution obtained is valid for two-dimensional functionally graded non-linear elastic SSB configurations which are made of an arbitrary number of lengthwise vertical layers. A delamination crack is located arbitrary between layers. Thus, the two crack arms have different widths. Besides, the layers have individual widths and material properties.
Zarandi, Somayeh Bagherinejad;Lai, Hsiang-Wei;Wang, Yun-Che;Aizikovich, Sergey M.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.3
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pp.273-287
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2019
Elastoplastic analysis of an annular disc, being fully constrained on its outer rim and interacting with a purely elastic inclusion perfectly bonded with its inner rim, is conducted to study its plastic deformation and residual stress under thermal cycles. The system is termed the composite disc. Quasi-static plane-strain deformation is assumed, and the von Mises yield criterion with or without the Ludwik hardening rule is adopted in our finite element calculations. Effects of multiple material properties simultaneously being temperature dependent on the plastic behavior of the composite disc are considered. Residual stress is analyzed from a complete loading and unloading cycle. Results are discussed for various inclusion radii. It is found that when temperature dependent material properties are considered, the maximum residual stress may be greater than the maximum stress inside the disc at the temperature-loaded state due to lower temperature having larger yield stress. Temperature independent material properties overestimate stresses inside materials, as well as the elastic irreversible temperature and plastic collapse temperature.
Mokhtar Ellali;Mashhour A. Alazwari;Mokhtar Bouazza;Mohamed A. Eltaher;Noureddine Benseddiq
Coupled systems mechanics
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v.13
no.4
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pp.277-291
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2024
The objective of this work is to study the effects of the modification of material properties on the vibration of the FGM beam using an integral shear strain model. In the present theory, the rotational displacement is replaced by an integral term in the displacement fields. The use of a shear correction factor is not necessary because our model gives a parabolic description of shear stress through the thickness while satisfying the conditions of zero shear stresses on the bottom and top surfaces of the beam. The FGM beam is assumed that the beam is a mixture of metal and ceramic, and that its properties change depending on the power functions of the thickness of the beam such as: linear, quadratic, cubic and inverse quadratic. By applying Hamilton's principle, general formulas were obtained to obtain the frequencies of the FGM beam. The effects of changing compositional characteristics of materials presented by volume fraction of FGM beams with simply supported edges on free vibration and some mode shapes are investigated.
Non-destructive methods are extensively utilized for assessing the integrity of rock bolts, with longitudinal wave speed being a crucial property for evaluating rock bolt quality. This research aims to propose a method for predicting reliable longitudinal wave velocities by leveraging various properties of the rock surrounding the rock bolt. The prediction algorithm employed is the Multilayer Neural Network (MNN), and the input properties includes elastic modulus, shear wave speed, compressive strength, compressional wave speed, mass density, porosity, and Poisson's ratio, totaling seven. The implementation of the MNN demonstrates high reliability, achieving a coefficient of determination of 0.996. To assess the impact of each input property on longitudinal wave speed, an importance score is derived using the random forest algorithm, with the elastic modulus identified as having the most significant influence. When the elastic modulus is the sole input parameter, the coefficient of determination for predicting the longitudinal wave speed is observed to be 0.967. The findings of this study underscore the reliability of selecting specific properties for predicting longitudinal wave speed and suggest that these insights can assist in identifying relevant input properties for rock bolt integrity assessments in future construction site experiments.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.4
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pp.337-348
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2003
The propagation mechanism of a detonation pressure with fully coupled charge is clarified and the blasting pressure propagated in rock mass is derived from the application of shock wave theory. The blasting pressure was a function of detonation velocity, isentropic exponent, explosive density, Hugoniot parameters, and rock density. Probabilistic distribution is obtained by using explosion tests on emulsion and rock property tests on granite in Seoul and then the probabilistic distribution of the blasting pressure is derived from the above mentioned properties. The probabilistic distributions of explosive properties and rock properties show a normal distribution so that the blasting pressure propagated in rock can be also regarded as a normal distribution. Parametric analysis was performed to pinpoint the most influential parameter that affects the blasting pressure and it was found that the detonation velocity is the most sensitive parameter. Moreover, uncertainty analysis was performed to figure out the effect of each parameter uncertainty on the uncertainty of blasting pressure. Its result showed that uncertainty of natural rock properties constitutes the main portion of blasting pressure uncertainty rather than that of explosive properties. In other words, since rock property uncertainty is much larger than detonation velocity uncertainty the blasting pressure uncertainty is more influenced by the former than by the latter even though the detonation velocity is found to be the most influencing parameter on the blasting pressure.
Partially saturated permeability should be defined by the function of suction (or degree of saturation) and porosity. However, commercial software and most researchers' model often describe as the function of suction. The stability of a soil slope can be affected by both hydraulic and shear strength properties of partially saturated soils. For both studies, we generally use an uncoupled seepage analysis program Seep/W(Geo-Slope, 2007) and a series stress-deformation analysis program Sigma/W, or slope stability analysis program Slope/W. Seep/W is performed for simulations of partially saturated flow problems in non-deformable soil media. However, under real situations, the water flow processes in a deformable soil are influenced by soil skeleton movement and the pore water pressure changed due to seepage will lead to changes in stresses and to deformation of a soil. Many researchers are currently developing their models for solving coupled hydro-mechanical problems to simulate slope stability during a rainstorm. For a proper implementation in the field, the developed model should be still needed in order to achieve appropriate accuracy of the solution for coupled hydro-mechanical problems in soil slope stability. Thus, the paper presents the comparison of slope stability between uncoupled and coupled analyses of seepage and stress deformation problems.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.226-229
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2008
Hot press forming is an advanced forming technology fur manufacturing of complex and crash-resistant automotive parts using ultra high strength steels. The 3-dimensional FE analysis of hot press forming process, in which process the deformation, heat transfer and phase transformation behavior are fully coupled, is carried out. The vast amount of material properties for the FE analysis is obtained from material properties calculation software which is based on thermodynamic calculations. The overall methodology for the FE analysis of HPF process and the analysis results are discussed here.
An analytical method to estimate the coupled frequencies of the circular plate submerged in fluid is developed using the finite Fourier-Bessel series expansion and Rayleigh-Ritz method. To verify the validity of the analytical method developed, finite element method is used and the frequency comparisons between them are found to be in good agreement. For the perforated plate submerged in fluid, it is almost impossible to develop a finite element model due to the necessity of the fine meshing of the plate and the fluid at the same time. This necessitates the use of solid plate with equivalent material properties. Unfortunately the effective elastic constants suggested by the ASME code are found to be not valid for the modal analysis. Therefore in this study the equivalent material properties of perforated plate are suggested by performing several finite element analyses with respect to the ligament efficiencies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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