• Steel and Composite Structures
• /
• 제49권4호
• /
• pp.361-380
• /
• 2023

A size dependent bending behavior of piezoelectrical flexoelectric layered perforated functionally graded (FG) composite nanobeam rested on an elastic foundation is investigated analytically. The composite beam is composed of regularly cutout FG core and two piezoelectric face sheets. The material characteristics is graded through the core thickness by power law function. Regular squared cutout perforation pattern is considered and closed forms of the equivalent stiffness parameters are derived. The modified nonlocal strain gradient elasticity theory is employed to incorporate the microstructure as well as nonlocality effects into governing equations. The Winkler as well as the Pasternak elastic foundation models are employed to simulate the substrate medium. The Hamiltonian approach is adopted to derive the governing equilibrium equation including piezoelectric and flexoelectric effects. Analytical solution methodology is developed to derive closed forms for the size dependent electromechanical as well as mechanical bending profiles. The model is verified by comparing the obtained results with the available corresponding results in the literature. To demonstrate the applicability of the developed procedure, parametric studies are performed to explore influences of gradation index, elastic medium parameters, flexoelectric and piezoelectric parameters, geometrical and peroration parameters, and material parameters on the size dependent bending behavior of piezoelectrically layered PFG nanobeams. Results obtained revealed the significant effects both the flexoelectric and piezoelectric parameters on the bending behavior of the piezoelectric composite nanobeams. These parameters could be controlled to improve the size dependent electromechanical as well as mechanical behaviors. The obtained results and the developed procedure are helpful for design and manufacturing of MEMS and NEMS.

• Composites Research
• /
• 제37권2호
• /
• pp.132-138
• /
• 2024

본 연구에서는 분자동역학 전산모사를 통해 육방정계 단일벽 질화붕소 나노튜브(BNNT)의 반경 변화에 따른 압전탄성 변화를 규명하였다. 질화붕소의 거동을 비교적 잘 모사하는 Tersoff 포텐셜과 기계적 하중인가에 따른 질소 및 붕소원자의 상대변위로 인한 분극의 정량화를 위해 강체 이온 근사를 채택하였다. 선형 압전탄성 구성방정식을 기반으로 각각의 질화붕소에 변형률을 인가하고 이에 따른 전기적 변위와 응력을 산출하여 압전상수와 영률을 각각 예측하였다. 그 결과, BNNT의 압전상수는 반경이 증가함에 따라 점진적으로 감소하는 양상을 보였다. 반면 탄성계수의 경우 불연속적 구조를 가지는 질화붕소를 등가의 연속체 구조로 등가시키는 방법에 따라 증가 또는 감소하는 경향을 보였다. BNNT의 곡률변화에 따른 물성변화를 가상실험에 기반한 경험적 모델로 근사하기 위해 BNNT의 튜브반경-압전탄성물성 간 상관관계식을 제안하였다. 또한 BNNT의 반경변화에 따른 물성을 곡률의 관점에서 설명하기 위해, BNNT와 질화붕소 나노시트(BNNS)의 결합에너지와 탄성변형에 따른 원자간 결합길이 변화가 각각의 구조의 변형에너지 증가에 기여하는 정도를 상호 비교하였다.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제54권6호
• /
• pp.476-484
• /
• 2017

The purpose of this paper is to verify the structural integrity of a region with numerous penetration-holes in offshore structures such as semi-submersible rig and FPSO. In order to effectively check the yielding and buckling strength of plate members with penetration-holes, a screening analysis program was developed with the FE analysis tool to generate fine meshed model using the theoretical and analysis methods. When a hole is appeared in the plate structure members, the flow of stress is altered such that concentrations of stress form near the hole. Stress concentrations are of concern during both preliminary and detail design and need to be addressed from the perspectives of strength. To configure the geometrical shape, very fine meshed FE analysis is needed as the most accurate method. However, this method is practically impossible to apply for the strength verifications for all perforated plates. In this paper, screening analysis method was introduced to reduce analysis tasks prior to detailed FE analysis. This method is applied to not only the peak stress calculation combined stress concentration factor with nominal stress but also nominal equivalent stress calculation considering cutout effects. The areas investigated by very fine meshed analysis were to be chosen through screening analysis without any reinforcements for penetration-holes. If screening analysis results did not satisfy the acceptance criteria, direct FE analysis method as the 2nd step approach were applied with one of the coarse meshed model considering hole or with the very fine meshed model considering the hole shape and size. In order to effectively perform the local fine meshed analysis, automatic model generating program was developed based on the MSC/PATRAN which is pre-post FE analysis program. Buckling strength was also evaluated by Common Structure Rule (CSR) adopted by IACS as the stress obtained from very fine meshed FE analysis. Due to development of the screening analysis program and automatic FE modeling program, it was able to reduce the design periods and structural analysis costs.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제34권1호
• /
• pp.51-58
• /
• 2021

본 논문에서는 Needle-punched C/SiC 복합재료 해석을 위한 효율적인 멀티스케일 해석기법을 소개한다. 기존 Needle-punching으로 인해 복잡한 미소구조를 갖는 NP 복합재료는 기존의 제안된 복합재료 멀티스케일 기법으로 물성을 계산하는 것은 한계가 있어 왔다. 이를 극복하기 위해 micro-CT 이미지 촬영을 통해 NP 복합재료의 미소구조를 면밀히 파악할 수 있었고, 이미지 프로세싱을 바탕으로 실제구조와 직접적으로 대응할 수 있는 3D high fidelity 모델을 구축하였다. 또한 유한요소해석에 맞춰 요소크기를 조절할 수 있는 sub-region processing 소개를 바탕으로 효율적인 유한요소해석을 수행하였다. NP 복합재료의 미소구조 거동뿐만 아니라, macro-scale 구조해석의 적용을 위해 subcell 모델링을 제안하였다. Needle-punching에 의한 Z축 NP 섬유의 규칙적인 간격을 이용하여 모델링을 수행할 수 있었다. 제안한 두 종류의 모델은 균질화 기법을 이용하여 등가거동 및 등가물성을 파악하였으며, 추가적인 실험 결과와의 비교를 통해 검증을 수행하였다.

• Restorative Dentistry and Endodontics
• /
• 제33권4호
• /
• pp.323-331
• /
• 2008

이 연구의 목적은 세가지 니켈-티타늄 파일의 휨과 회전 조건 하에서의 응력 분포를 유한요소 모형을 이용하여 비교하는 것이다. ProFile .06/#30, ProTaper와 ProTaper Universal의 F3파일을 마이크로컴퓨터 단층촬영을 하고 reverse engineering을 통하여 세 니켈 티타늄 파일의 구조를 얻고 삼차원 유한요소모형을 제작하였다. 니켈 티타늄 합금의 비선형적인 물리적 성질을 반영하고 ABAQUS 프로그램을 이용하여 휨과 회전 조건 하에서의 기계적인 움직임을 수학적으로 예측 분석하였다. U-형태의 단면 구조를 가진 ProFile이 모형 가운데 가장 좋은 휨 성질을 나타냈다. 동일한 휨량 조건에서는 볼록한 삼각형 단면의 ProTaper가 다른 모형보다 많은 힘을 필요로 하였으며, 반면에 가장 높은 von Mises 응력은 ProTaper Universal의 단면에서 움푹 파인 부위에 집중되었다. ProFile 모형은 동일한 크기의 회전력 에 대해 가장 큰 응력 집중을 U-형 구 부위에 나타냈다. ProTaper 모형은 다른 모형에 비해 동일량을 비틀기 위해 더 많은 힘을 필요로 하였으며, 반면에, 동량의 비틀림에서는 가장 높은 von Mises 응력이 ProTaper Universal의 단면에서 움푹 파인 부위에 집중되었다.