Laoufi, Imene;Ameur, Mohammed;Zidi, Mohamed;Bedia, El Abbes Adda;Bousahla, Abdelmoumen Anis
Steel and Composite Structures
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v.20
no.4
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pp.889-911
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2016
Using the hyperbolic shear deformation plate model and including plate-foundation interaction (Winkler and Pasternak model), an analytical method in order to determine the deflection and stress distributions in simply supported rectangular functionally graded plates (FGP) subjected to a sinusoidal load, a temperature and moisture fields. The present theory exactly satisfies stress boundary conditions on the top and the bottom of the plate. No transversal shear correction factors are needed because a correct representation of the transversal shearing strain is given. Materials properties of the plate (elastic, thermal and moisture expansion coefficients) are assumed to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Numerical examples are presented and discussed for verifying the accuracy of the present theory in predicting the bending response of FGM plates under sinusoidal load and a temperature field as well as moisture concentration. The effects of material properties, temperature, moisture, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio, ratio of elastic coefficients (ceramic-metal) and three distributions for both temperature and moisture on deflections and stresses are investigated.
Kim Chang Nyung;Oh Taek Yeol;Choi Myung Jin;Jung Sam Doo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.9
s.174
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pp.179-187
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2005
The characteristics of blood flow and the interaction between the blood vessel and blood flow play important roles in plaque cap rupture and the growth of atherosclerosis which may lead directly to a heart attack or a stroke. In this study, carotid arteries with different stenoses have been numerically simulated to investigate the wall shear stress(WSS) and the elastic motion of the vessel. Blood flow has been treated as physiological, laminar and incompressible flow. To model the shear thining behavior of the blood, the Carreau-Yasuda model has been employed but the viscoelasticity of blood has not been considered. The results show that the WSS of $severe(75\%)$ stenosis is much higher than those of $25\%\;and\;50\%$ stenosis in the region of stenosis. With the increase in the stenosis thickness, the expansion ratio of the center of the stenosis decreases while the expansion ratio of the upstream region of the stenosis increases.
A compartment model of the flow driven by pumping without valves (valveless pumping) in an open tank system is proposed. By the open tank system, we mean that two rigid cylindrical tanks are connected with an elastic tube. An incompressible fluid fills this system up to a certain level in tanks under the gravity. The compartment model for analyzing such open system is derived from the energy principle which will be called the energy conserving compartment model or shortly the ECCM. Based on this ECCM of valveless pumping, we explore the occurrence of directional net flow or directional net power by a specific excitation at an asymmetric part of the elastic tube. The interaction between deformable elastic tube and the fluid inside is considered in the ECCM. The reliability of the ECCMis investigated through some physical examples. The ECCM shows the existence of directional net power of the valveless pump system with open tanks and confirms that the direction and magnitude of the net power depend on the pumping frequency as well. Furthermore, the phase synchronization in time between the fluid pressure difference and the external pinching force over the pumping region is highly related to the direction of energy storing or net power.
The propagation of coherent time-harmonic elastic SH waves in a medium with random distribution of cylindrical inclusions is studied for characterizing the dynamic elastic modulus and the attenuation property of fiber-reinforced composite materials. A multiple scattering theory using the single scattering coefficients in conjunction with the Lax's quasicrystalline approximation is derived and from which the dispersion relation for such medium is obtained. The pair-correlation functions between the cylinders which are needed to formulate the multiple scattering interaction between the cylinders are obtained by Monte Carlo simulation method.From the numerically calculated complex wavenumbers, the propagation speed of the average wave, the coherent attenuation coefficient and the effective shear modulus are presented as functions of frequency and area density.
In this paper result of an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. The existing analytical solution developed for the isotropic plates is extended so that the orthotropic material properties can be taken into account in the buckling analysis of web plate. For the solution of the problems Rayleigh-Ritz method is employed. Graphical form of results for finding the elastic buckling strength of orthotropic plate under combined in-plane shear and bending forces is presented. Brief discussion on the design criteria for the shear and bending interaction is also presented.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.34
no.6
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pp.457-466
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2014
This paper presents an analytic and numerical simulation of the generation and propagation of pico-second ultrasound with nano-scale wavelength, enabling the production of bulk waves in thin films. An analytic model of laser-matter interaction and elasto-dynamic wave propagation is introduced to calculate the elastic strain pulse in microstructures. The model includes the laser-pulse absorption on the material surface, heat transfer from a photon to the elastic energy of a phonon, and acoustic wave propagation to formulate the governing equations of ultra-short ultrasound. The excitation and propagation of acoustic pulses produced by ultra-short laser pulses are numerically simulated for an aluminum substrate using the finite-difference method and compared with the analytical solution. Furthermore, Fourier analysis was performed to investigate the frequency spectrum of the simulated elastic wave pulse. It is concluded that a pico-second bulk wave with a very high frequency of up to hundreds of gigahertz is successfully generated in metals using a 100-fs laser pulse and that it can be propagated in the direction of thickness for thickness less than 100 nm.
In vertical seismic isolation (VSI), a building is partitioned intentionally by vertical layers into two dynamically different substructures for seismic response reduction. Initially, a 1-story frame was partitioned into two substructures, interconnected by viscous and visco-elastic links, and seismic responses of the original and the vertically isolated structures (VIS) were obtained, considering a large number of stiffness and mass ratios of substructures with respect to the original structure. Color contour graphs were defined for presentation and investigation of large amounts of output results. Dynamic characteristics of the isolated structures were studied by considering the non-classical damping of the system, and then the effects of viscous and visco-elastic link parameters on the modal damping ratios were discussed. On this basis, three states of mass isolation, interactional state, and control mass were differentiated. Response history analyses were performed by Runge-Kutta numerical method. In these analyses, interaction of isolation ratios and link parameters, on response control of VIS was studied and the appropriate ranges for link parameters as well as the optimal ranges for isolation ratios were suggested. Results show that by using the VSI technique, seismic response reduction up to 50% in flexible substructure and even more in stiff substructure is achievable.
Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
Seong-Guk Bae;Min-Jun Gim;Woong Kim;Min-Keun Oh;Ju-Ho Yun;Jung-Soo Kim
Elastomers and Composites
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v.58
no.3
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pp.136-141
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2023
Polyacrylic rubber (ACM) is well known for its excellent heat resistance and chemical stability. Additionally, its performance can be readily manipulated by modifying its functional groups, rendering it highly attractive to various industries. However, extreme climate changes have necessitated an expansion of the operating temperature range and lifespan of ACM products. This requires the optimization of both the compounding process and functional-group design. Hence, we investigated the relationship between the cross-linking system and mechanical properties of an ACM with a carboxylic cure site. The crosslink density is determined by chemical kinetics according to the structure of additives, such as diamine crosslinkers and guanidine accelerators. This interaction enables the manipulation of the scotch time and mechanical properties of the compound. This fundamental study on the correlation analysis between cross-linking systems, physical properties, and storage stability can provide a foundation for material research aimed at satisfying the increasingly demanding service conditions of rubber products.
When a small tube is dipped into a liquid surface, surface tension forces cause the liquid in the tube to rise vertically against the gravity. When the tube is flexible, hydrostatic pressure difference caused by the capillary flow deforms the tube and the deformation which narrows the flow route changes the rising velocity. We study a simple model of this elastocapillary interaction in the context of the surface-tension-driven vertical rise of a liquid between two long flexible hydrophilic sheets that are held a small distance apart at one end. We provide an analytical theory for the rise rate of the liquid and show that our experiments are consistent with the theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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