In this study we derive the governing equations of a functionally graded piezoelectric disk, subjected to thermo-electro-mechanical loads. First order shear deformation theory is used for description of displacement field. Principles of minimum potential energy is used to derive governing equations in terms of components of the displacement field and the electric potential. The governing equations are derived for a disk with variable thickness. The numerical results are presented in terms of important parameters of the problem such as profile of variable thickness, in-homogeneous index and other related parameters.
Bouderba, Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.14
no.1
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pp.85-104
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2013
The present work deals with the thermomechanical bending response of functionally graded plates resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. Theoretical formulations are based on a recently developed refined trigonometric shear deformation theory (RTSDT). The theory accounts for trigonometric distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. Unlike the conventional trigonometric shear deformation theory, the present refined trigonometric shear deformation theory contains only four unknowns as against five in case of other shear deformation theories. The material properties of the functionally graded plates are assumed to vary continuously through the thickness, according to a simple power law distribution of the volume fraction of the constituents. The elastic foundation is modelled as two-parameter Pasternak foundation. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical examples cover the effects of the gradient index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio and elastic foundation parameters on the thermomechanical behavior of functionally graded plates. It can be concluded that the proposed theory is accurate and efficient in predicting the thermomechanical bending response of functionally graded plates.
A unified formulation of finite layer methods (FLMs), based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), is developed for the three-dimensional (3D) coupled electro-elastic analysis of simply-supported, functionally graded piezoelectric material (FGPM) plates with open- and closed-circuit surface conditions and under electro-mechanical loads. In this formulation, the material properties of the plate are assumed to obey an exponent-law varying exponentially through the thickness coordinate, and the plate is divided into a number of finite rectangular layers, in which the trigonometric functions and Lagrange polynomials are used to interpolate the in- and out-of-plane variations of the primary field variables of each individual layer, respectively, such as the elastic displacement, transverse shear and normal stress, electric potential, and normal electric displacement components. The relevant orders used for expanding these variables in the thickness coordinate can be freely chosen as the linear, quadratic and cubic orders. Four different mechanical/electrical loading conditions applied on the top and bottom surfaces of the plate are considered, and the corresponding coupled electro-elastic analysis of the loaded FGPM plates is undertaken. The accuracy and convergence rate of the RMVT-based FLMs are assessed by comparing their solutions with the exact 3D piezoelectricity ones available in the literature.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.11a
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pp.232-233
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2005
In this paper, disk-type ultrasonic motor using a combination of radial and bending vibration modes is newly designed and fabricated. The characteristics of the test motor are also measured. By means of travelingelastic wave induced at the surface of circumference of the elastic disk, a steel bar in contact with the surface of circumference of elastic disk bonded onto the piezoelectric ceramic disks is driven inboth directions by changing the sine and cosine voltage inputs. The stator of the motor is composed of two sheets of piezoelectric ceramic disk to bond onto both surfaces of a elastic disk, respectively. As the results, the diameter of elastic body is increased, the resonant frequency is decreased. The resonant frequency of the stator is about 92 kHz, which is composed with piezoelectric ceramic disks of 28 mm in diameter and 2 mm in thickness, and an elastic body of 32 mm in diameter and 2 mm in thickness. A driving voltage of 20 Vpp produces 200 rpm with a torque of 1Nm and an efficiency of about 10 %.
Limit elastic speed analysis of Al/SiC-based functionally graded annular disk of uniform thickness has been carried out for two cases, namely: metal-rich and ceramic rich. In the present study, the unknown field variable for radial displacement is solved using variational method wherein the solution was obtained by Galerkin's error minimization principle. One of the objectives was to identify the variation of induced stress in a functionally graded disk of uniform thickness at limit elastic speed using modified rule of mixture by comparing the induced von-Mises stress with the yield stress along the disk radius, thereby locating the yield initiation. Furthermore, limit elastic speed has been reported for a combination of varying grading index (n) and aspect ratios (a/b).Results indicate, limit elastic speed increases with an increase in grading indices. In case of an increase in aspect ratio, limit elastic speed increases up to a critical value beyond which it recedes. Also, the objective was to look at the variation of yield stress corresponding to volume fraction variation within the disk which later helps in material tailoring. The study reveals the qualitative variation of yield stress for FG disk with volume fraction, resulting in the possibility of material tailoring from the processing standpoint, in practice.
A four-variable shear deformation refined plate theory has been proposed for dynamic characteristics of smart plates made of porous magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) materials with various boundary conditions by using an analytical method. Magneto-electro-elastic properties of FGM plate are supposed to vary through the thickness direction and are estimated through the modified power-law rule in which the porosities with even and uneven type are approximated. Pores possibly occur inside functionally graded materials (FGMs) due the result of technical problems that lead to creation of micro-voids in these materials. The variation of pores along the thickness direction influences the mechanical properties. The governing differential equations and boundary conditions of embedded porous FGM plate under magneto-electrical field are derived through Hamilton's principle based on a four-variable tangential-exponential refined theory which avoids the use of shear correction factors. An analytical solution procedure is used to achieve the natural frequencies of embedded porous FG plate supposed to magneto-electrical field with various boundary condition. A parametric study is led to carry out the effects of material graduation exponent, coefficient of porosity, magnetic potential, electric voltage, elastic foundation parameters, various boundary conditions and plate side-to-thickness ratio on natural frequencies of the porous MEE-FG plate. It is concluded that these parameters play significant roles on the dynamic behavior of porous MEE-FG plates. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of MEE-FG plates with porosity phases.
In this paper, an analytical solution for thermodynamic response of functionally graded (FG) sandwich plates resting on variable elastic foundation is performed by using a quasi 3D shear deformation plate theory. The displacement field used in the present study contains undetermined integral terms and involves only four unknown functions with including stretching effect. The FG sandwich plate is considered to be subject to a time harmonic sinusoidal temperature field across its thickness with any combined boundary conditions. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. The numerical results are compared with the existing results of quasi-3D shear deformation theories and an excellent agreement is observed. Several numerical examples for fundamental frequency, deflection, stress and variable elastic foundation parameter's analysis of FG sandwich plates are presented and discussed considering different material gradients, layer thickness ratios, thickness-to-length ratios and boundary conditions. The results of the present study reveal that the nature of the elastic foundation, the boundary conditions and the thermodynamic loading affect the response of the FG plate especially in the case of a thick plate.
Long term patency of arterial graft has been better than venous graft and redo coronary artery bypass grafting has been increasing, therefore, there has been an increasing need for alternative arterial grafts except internal thoracic artery(ITA). Material and Method: Right gastroepiploic arteries(RGEA) were harvested from 100 patients who had received gastrectomy for gastric cancer or ulcer. ITAs were obtained from 10 patients undergoing coronary artery bypass grafting. The length of RGEA was measured from the pyloric ring. Items of the morphometric and histologic study at the pyloric ring and sites of the 10cm and 20cm RGEA from the pyloric ring were luminal diameter, intimal thickness, medial thickness, wall thickness, degree of intimal hyperplasia, intimal thickness, medial thickness, wall thickness, degree of intimal hyperplasia, intimal thickness index, medial thickness index, and the number of discontinuities of the internal elastic lamina. Similar items were applied to the proximal site of ITAs. Result: The length of RGEA was 23${\pm}$2.7cm(range 17∼31cm). Comparing the 20cm RGEA with ITA, intimal thickness, medial thickness, wall thickness, and degree of intimal hyperplasia did not show any difference(p>0.05). However, 20cm RGEA was greater than ITA at the luminal diameter, intimal thickness index, and the number thickness and wall thickness in each site of the RGEA(pyloric ring, 10cm, 20cm) decreased from the pyloric ring to the distal sites(p<0.05). The degree of intimal hyperplasia and the number of discontinuities of the internal elastic lamina did not show any difference between the pyloric ring and 10cm, however, those of 20cm were smaller than these sites(p<0.05). RGEA had more number of discontinuities of the internal elastic lamina and rich smooth muscle cells in the media than ITA. Conclusion: The length and diameter of RGEA is good enough to reach most of the coronary arteries. Moreover, long term patency of RGEA may be improved, if anastomosed in the distal site.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.10
no.6
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pp.56-61
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1973
The temperature coefficients and phase velocity dispersions of elastic surface wave layer mode with Ag or Pd layer on piezoelectric LiNbO3 svbstrate rotated 131$^{\circ}$ Y out are calculated as a function of thickness by numerical method. Calculated results are shown that the temperature coefficients are rapidly increased in proportion as the thickness of Ag layer increases. and irregular variation of the temperature coefficients appears in the case of Pd layer. Minimum value, -36$\times$10 /$^{\circ}C$, of the temperature coefficients of elastic surface wave with Pd layer on LiMbO3 substrate rotated 131$^{\circ}$ Y cut is obtained at wh=9000.
Postbuckling of thick plates made of functionally graded material (FGM) subjected to in-plane compressive, thermal and thermomechanical loads is investigated in this work. It is assumed that the plate is in contact with a Pasternak-type elastic foundation during deformation. Thermomechanical non-homogeneous properties are considered to be temperature independent, and graded smoothly by the distribution of power law across the thickness in the thickness in terms of the volume fractions of constituents. By employing the higher order shear deformation plate theory together the non-linear von-Karman strain-displacement relations, the equilibrium and compatibility equations of imperfect FGM plates are derived. The Galerkin technique is used to determine the buckling loads and postbuckling equilibrium paths for simply supported plates. Numerical examples are presented to show the influences of power law index, foundation stiffness and imperfection on the buckling and postbuckling loading capacity of the plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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