Due to interfacial ageing, chemical action and interfacial damage, the interface debonding may appear in the interfaces of composite laminates. Particularly, the laminates display a side-dependent effect at small scale. In this work, a three-dimensional (3D) and anisotropic thick nanoplate model is proposed to investigate the effects of imperfect interface and nonlocal parameter on the bending deformation, vibrational response and buckling stability of one-dimensional (1D) hexagonal quasicrystal (QC) layered nanoplates. By combining the linear spring model with the transferring matrix method, exact solutions of phonon and phason displacements, phonon and phason stresses of bending deformation, the natural frequencies of vibration and the critical buckling loads of 1D hexagonal QC layered nanoplates are derived with imperfect interfaces and nonlocal effects. Numerical examples are illustrated to demonstrate the effects of the imperfect interface parameter, aspect ratio, thickness, nonlocal parameter, and stacking sequence on the bending deformation, the vibrational response and the critical buckling load of 1D hexagonal QC layered nanoplate. The results indicate that both the interface debonding and nonlocal effect can reduce the stiffness and stability of layered nanoplates. Increasing thickness of QC coatings can enhance the stability of sandwich nanoplates with the perfect interfaces, while it can reduce first and then enhance the stability of sandwich nanoplates with the imperfect interfaces. The biaxial compression easily results in an instability of the QC layered nanoplates compared to uniaxial compression. QC material is suitable for surface layers in layered structures. The mechanical behavior of QC layered nanoplates can be optimized by imposing imperfect interfaces and controlling the stacking sequence artificially. The present solutions are helpful for the various numerical methods, thin nanoplate theories and the optimal design of QC nano-composites in engineering practice with interfacial debonding.
Ali Alnujaie;Ahmed A. Daikh;Mofareh H. Ghazwani;Amr E. Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.181-195
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2024
This study introduces a novel functionally graded material model, termed the "Coated Functionally Graded Graphene-Reinforced Composite (FG GRC)" model, for investigating the free vibration response of plates, highlighting its potential to advance the understanding and application of material property variations in structural engineering. Two types of coated FG GRC plates are examined: Hardcore and Softcore, and five distribution patterns are proposed, namely FG-A, FG-B, FG-C, FG-D, and FG-E. A modified displacement field is proposed based on the higher-order shear deformation theory, effectively reducing the number of variables from five to four while accurately accounting for shear deformation effects. To solve the equations of motion, an analytical solution based on the Galerkin approach was developed for FG GRC plates resting on a viscoelastic Winkler/Pasternak foundation, applicable to various boundary conditions. A comprehensive parametric analysis elucidates the impact of multiple factors on the fundamental frequencies. These factors encompass the types and distribution patterns of the coated FG GRC plates, gradient material distribution, porosities, nonlocal length scale parameter, gradient material scale parameter, nanoplate geometry, and variations in the elastic foundation. Our theoretical research aims to overcome the inherent challenges in modeling structures, providing a robust alternative to experimental analyses of the mechanical behavior of complex structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.4
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pp.1-10
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2022
In this study, to evaluate the possibility of using a steel spring as a displacement-dependent damping device, tensile loading and cyclic loading tests were performed. The main experimental variables were the type of steel (SAE9254 and SS275), the spring constant (700 N/mm, 1,000 N/mm, and 1,400 N/mm), and the presence or absence of heat treatment for SAE9254. As a result of the tensile test, the ratios of the measured spring constant to the design spring constant of the steel springs made with SAE9254 ranged from 1.08 to 1.13, while the ratios of the design spring constant and the measured spring constant of the steel springs made with SS275 ranged from 0.86 to 0.97. After yielding, the slope values of the load-displacement curve of the SAE9254 with/without heat treatment were about 240~251 N/mm and 92 N/mm, respectively, but the slope values of the load-displacement response of SS275 were almost zero. According to the uniaxial cyclic loading test results, all specimens were satisfied with three conditions for a displacement-dependent damping device in KDS 41 17 00 (2019): the maximum force and minimum force at zero displacement, the maximum force and minimum force at the maximum displacement, and the energy dissipation capacity. In addition, the equivalent damping ratios of steel springs made with SAE9254(non-heat treatment) and SS275 were approximately 2.8 times and 1.9 times greater, respectively, than that of steel springs made with SAE9254.
Through modeling fault network using thin plate finite element technique in the San Andreas Fault system with slip rate over 1mm/year, as well as elevation, heat flow, earthquakes, geodetic data and crustal thickness, we compare the results with velocity boundary conditions of plate based on the NUVEL-1 plate model and the approximation of deformation in the Great Basin region. The frictional and dislocation creep constants of the crust are calculated to reproduce the observed variations in the maximum depth of seismicity which corresponds to the temperature ranging from $350^{\circ}C$ to $410^{\circ}C$. The rheologic constants are defined by the coefficient of friction on faults, and the apparent activation energy for creep in the lower crust. Two parameters above represent systematic variations in three experiments. The pattern of model indicates that the friction coefficient of major faults is 0.17~0.25. we test whether the weakness of faults is uniform or proportional to net slip. The geologic data show a good agreement when fault weakness is a trend of an additional 30% slip dependent weakening of the San Andreas. The results of study suggest that all weakening is slip dependent. The best models can be explained by the available data with RMS mismatch of as little as 3mm/year, so their predictions can be closely related with seismic hazard estimation, at least along faults where no data are available.
Time-dependent behavior similar to secondary deformation related to mineral dissolution is easily observed when performing a laboratory pressure experiment. In this research, to observe the dissolution of quartz found in bentonite used as buffer material for the geological disposal of high-level waste (HLW) under conditions of high pH, we calculated the diffusion of $OH^-$ ions and the behavior of quartz dissolution using the homogenization analysis method. The results reveal that the rate of quartz dissolution is proportional to the temperature and interlayer water thickness. In particular, in a high-pH environment, the reacted area (and therefore the dissolution rate) increases with decreasing interlayer water thickness.
Stability of a cylindrical shell subject to a uniform axial compression, which is a power function of time, is examined within the framework of small strain elasto-plasticity. The material of the shell is incompressible and the effect of the elastic unloading is considered. Initially, employing the infinitesimal elastic-plastic deformation theory, the fundamental relations and Donnell type stability equations for a cylindrical shell have been obtained. Then, employing Galerkin's method, those equations have been reduced to a time dependent differential equation with variable coefficient. Finally, for two initial conditions applying a Ritz type variational method, the critical static and dynamic axial loads, the corresponding wave numbers and dynamic factor have been found. Using those results, the effects of the variations of loading parameters and the variations of power of time in the axial load expression as well as the variations of the radius to thickness ratio on the critical parameters of the shells for two initial conditions are also elucidated. Comparing results with those in the literature validates the present analysis.
Rheological behavior of commercial hot pepper-soybean paste (HPSP) was evaluated in small amplitude oscillatory and steady shear tests. Storage modulus (G'), loss modulus (G"), and complex viscosity (${\eta}^*$) as a function of angular frequency (${\omega}$), and shear stress (${\sigma}$) as a function of shear rate (${\gamma}$) data were obtained for 5 commercial HPSP samples. HPSP samples at $25^{\circ}C$ exhibited a non-Newtonian, shear-thinning flow behavior with high yield stresses and their flow behaviors were described by power law, Casson, and Herschel-Bulkley models. Time-dependent flow properties were also described by the Weltman, Hahn, and Figoni & Shoemaker models. Apparent viscosity over the temperature range of $5-35^{\circ}C$ obeyed the Arrhenius temperature relationship with activation energies (Ea) ranging 18.3-20.1 kJ/mol. Magnitudes of G' and G" increased with an increase in ${\omega}$, while ${\eta}^*$ decreased. G' values were higher than G" over the most of the frequency range (0.63-63 rad/sec), showing that they were frequency dependent. Steady shear viscosity and complex viscosity of the commercial HPSP did not fit the Cox-Merz rule.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.139-146
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2000
This study investigates the changes of subsidence and hydraulic conductivity by underground mining. Coupling between post-mining induced strains and strain-dependent hydraulic conductivities is obtained by idealizing a jointed rock mass as an equivalent porous medium in which the hydraulic conductivity of a single joint is defined through parallel plate description. Results indicate that post-mining hydraulic conductivities are directly related to the strain field occurred by subsidence induced deformation. Maximum subsidence and hydraulic conductivity values increase as a panel width does widen. Joint spacing has an effect on the intensity of the changes in hydraulic conductivity.
This is study investigates the changes of subsidence and hydraulic conductivity by underground mining Coupling between post-mining induced strains and strain-dependent hydraulic conductivities is obtained by idealizing a jointed rock mass as an equivalent porous medium in which the hydraulic conductivity of a single joint is defined through parallel plate description. Results indicate that post-mining hydraulic conductivities are directly related to the strain field occurred by subsidence induced deformation. Maximum subsidence and hydraulic conductivity values increase as a panel width does widen. Joint spacing has an effect on the intensity of the changes in hydraulic conductivity.
Vibration analysis of embedded functionally graded (FG)-carbon nanotubes (CNT)-reinforced piezoelectric cylindrical shell subjected to uniform and non-uniform temperature distributions are presented. The structure is subjected to an applied voltage in thickness direction which operates in control of vibration behavior of system. The CNT reinforcement is either uniformly distributed or functionally graded (FG) along the thickness direction indicated with FGV, FGO and FGX. Effective properties of nano-composite structure are estimated through Mixture low. The surrounding elastic foundation is simulated with spring and shear constants. The material properties of shell and elastic medium constants are assumed temperature-dependent. The motion equations are derived using Hamilton's principle applying first order shear deformation theory (FSDT). Based on differential cubature (DC) method, the frequency of nano-composite structure is obtained for different boundary conditions. A detailed parametric study is conducted to elucidate the influences of external applied voltage, elastic medium type, temperature distribution type, boundary conditions, volume percent and distribution type of CNT are shown on the frequency of system. In addition, the mode shapes of shell for the first and second modes are presented for different boundary conditions. Numerical results indicate that applying negative voltage yields to higher frequency. In addition, FGX distribution of CNT is better than other considered cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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