Dopants and defects can be introduced as well as the intercalation of metals into single wall carbon nanotubes (SWCNTs) to modify their electronic and magnetic properties, thus significantly widening their application areas. Through spinpolarized density functional theory (DFT) calculations, we have systemically studied the following: (i) (10,0) and (5,5) SWCNT doped with nitrogen ($CN_xNT$), (ii) (10,0) and (5,5) SWCNT with pyridine-like defects (3NV-$CN_xNT$), and (iii) chemical functionalization of (10,0) and (5,5) 3NV-$CN_xNT$ with 12 different transition metals (TMs) (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, and Pt). Attention was done in searching for the most stable configurations, deformation, calculating the formation energies, and exploring the effects of the doping concentration of nitrogen and pyridine-like nitrogenated defects on the electronic properties of the nanotubes. Also, calculating the corresponding binding energies and effects of chemical functionalization of TMs on the electronic and magnetic properties of the nanotubes has been made. We found out that the electronic properties of SWCNT can be effectively modified in various ways, which are strongly dependent not only on the concentration of the adsorbed nitrogen but also to the configuration of the adsorbed nitrogen impurities, the pyridine-like nitrogenated defects, and the TMs absorbed; due to the strong interaction between the d orbitals of TMs and the p orbitals of N atoms, the binding strengths of TMs with the two 3NV-$CN_xNT$ are significantly enhanced when compared to the pure SWCNTs.
This work treats the axisymmetric buckling of functionally graded (FG) porous annular/circular nanoplates based on modified couple stress theory (MCST). The nanoplate is located at the elastic medium which is simulated by Kerr foundation with two spring and one shear layer. The material properties of the porous FG nanostructure are assumed to vary through the nanoplate thickness based on power-law rule. Based on two variables refined plate theory, the governing equations are derived by utilizing Hamilton's principle. Applying generalized differential quadrature method (GDQM), the buckling load of the annular/circular nanoplates is obtained for different boundary conditions. The influences of different involved parameters such as boundary conditions, Kerr medium, material length scale parameter, geometrical parameters of the nanoplate, FG power index and porosity are demonstrated on the nonlinear buckling load of the annular/circular nanoplates. The results indicate that with increasing the porosity of the nanoplate, the nonlinear buckling load is decreased. In addition, with increasing the material length scale parameter to thickness ratio, the effect of spring constant of Kerr foundation on the buckling load becomes more prominent. The present results are compared with those available in the literature to validate the accuracy and reliability. A good agreement is observed between the two sets of the results.
Strong deep ultraviolet emitting aniline and $TiO_2$ composite has been synthesized via hydrolysis and condensation reactions of titaniumisopropoxide ($Ti(OPr)_4$), aniline, and acetic anhydride. Three different weight ratios of aniline and $Ti(OPr)_4$ including 3:1 ($TiO_2An-A$), 2:1 ($TiO_2An-B$), and 1:1 ($TiO_2An-C$) were synthesized and characterized their optical properties. The FTIR spectra of the $TiO_2An-A$, -B, and -C showed the absorption intensities of the benzene ring stretching and bending vibrations, and benzene ring -CH stretching, bending, and deformation vibrations increased with the increase of the amount of aniline. The UV-visible absorption spectra showed that the UV region absorption was slightly increased with the increase of the amount of aniline. The photoluminescence (PL) intensities were exponentially increased with the increase the excitation wavelength from 307 to 317 nm, steadily increased from 300 to 313 nm and slowly increased from 302 to 308 nm for $TiO_2An-A$, -B, and -C, respectively and decreased thereafter. Therefore, the PL intensity is strongly dependent on the weight ratio of $Ti(OPr)_4$ and aniline.
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.
This paper investigates the free vibration of geometrically imperfect functionally graded car-bon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) beams that are integrated with two sur-face-bonded piezoelectric layers and subjected to a combined action of a uniform temperature rise, a constant actuator voltage and an in-plane force. The material properties of FG-CNTRCs are assumed to be temperature-dependent and vary continuously across the thick-ness. A generic imperfection function is employed to simulate various possible imperfections with different shapes and locations in the beam. The governing equations that account for the influence of initial geometric imperfection are derived based on the first-order shear deformation theory. The postbuckling configurations of FG-CNTRC hybrid beams are determined by the differential quadrature method combined with the modified Newton-Raphson technique, after which the fundamental frequencies of hybrid beams in the postbuckled state are obtained by a standard eigenvalue algorithm. The effects of CNT distribution pattern and volume fraction, geometric imperfection, thermo-electro-mechanical load, as well as boundary condition are examined in detail through parametric studies. The results show that the fundamental frequency of an imperfect beam is higher than that of its perfect counterpart. The influence of geometric imperfection tends to be much more pronounced around the critical buckling temperature.
This paper presents the dynamic instability analysis of un-damped elastically supported piezoelectric functionally graded (FG) beams subjected to in-plane static and dynamic periodic thermomechanical loadings with uncertain system properties. The elastic foundation model is assumed as one parameter Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The piezoelectric FG beam is subjected to non-uniform temperature distribution with temperature dependent material properties. The Young's modulus and Poison's ratio of ceramic, metal and piezoelectric, density of respective ceramic and metal, volume fraction exponent and foundation parameters are taken as uncertain system properties. The basic nonlinear formulation of the beam is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman strain kinematics. The governing deterministic static and dynamic random instability equation and regions is solved by Bolotin's approach with Newmark's time integration method combined with first order perturbation technique (FOPT). Typical numerical results in terms of the mean and standard deviation of dynamic instability analysis are presented to examine the effect of slenderness ratios, volume fraction exponents, foundation parameters, amplitude ratios, temperature increments and position of piezoelectric layers by changing the random system properties. The correctness of the present stochastic model is examined by comparing the results with direct Monte Caro simulation (MCS).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.3
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pp.292-297
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1986
Measurements of internal stress .sigma.$_{i}$, anelastic strain .epsilon.$_{A}$ and recovery rate .gamma. were made in steady state creep of 2024 Al alloys over a wide range of stresses at temperatures between 260.deg. C and 380.deg. C, for the purpose of investigating the relations among the three parameters. Values of .sigma.$_{i}$ were obtained by the method of strain transient dip test, and those of .epsilon.$_{A}$ and .gamma. were determined from the results of sudden stress removal or reduction tests. As a main result, it is thought that the anelastic behavior and recovery process are basically dependent on same deformation mechanisms.sms.sms.
In-situ rock mass demonstrates the variety of structural features, and especially the mechanical and spatial characteristics of joint (or joint system) greatly affect the deformation and fallure strength of the rock mass. In this study finite element model capable of analyzing the viscoplastic behavior of reinforced jointed rock mass has been developed based on equivalent material approach. Accuracy and reliability of the numerical model have verified by simuiating the behavior of simplified block model and comparing the results with analytic solutions. Practical applicability was also demonstrated by analyzing the time-dependent behavior of underground oil storage tunnel and assessing the reinforcement effect of rockbolt.
The main goal of this paper is to provide the theoretical background for the fracture phenomena in marine structural steels. In this paper, various fracture criteria are theoretically investigated: shear failure criteria with constant failure strain and stress triaxiality-dependent failure strain (piecewise failure and Johnson-Cook criteria), forming limit curve failure criterion, micromechanical porosity failure criterion, and continuum damage mechanics failure criterion. It is obvious that stress triaxiality is a very important index to determine the failure phenomenon for ductile materials. Assuming a piecewise failure strain curve as a function of stress triaxiality, the numerical results coincide well with the test results for smooth and notched specimens, where low and high stress triaxialities are observed. Therefore, it is proved that a failure criterion with reliable material constants presents a plastic deformation process, as well as fracture initiation and evolution.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.245-248
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2005
During manufacturing thick composite cylinders, large thermal residual stresses are developed and induce catastrophic interlaminar failures. Since the residual stresses are dependent on many process parameters, such as temperature distribution during cure, cure shrinkage, winding tension, and migration of fibers, calculation of the residual stresses is very difficult. Therefore a radial-cut method have been used to measure the residual stresses in the composite cylinders. But the conventional radial-cut method needs to know numerous material properties which are not only troublesome to obtain but also vary with change of fiber arrangement during consolidation. In this paper, a new radial-cut method with cut-cylinder-bending test was proposed and the measured residual stresses were compared with calculated thermal residual stresses. It was found that the new radial-cut method which does not need to know any of material properties gave better estimation of residual stresses regardless of radial variation of material properties. Additionally, interlaminar tensile strength could be obtained by the cut-cylinder-bending test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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