In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
The tailoring optimization technique recently developed by the author for improving structural response and energy absorption of composites is extended to sandwich shells using a previously developed zig-zag shell model with hierarchic representation of displacements. The in-plane variation of the stiffness properties of plies and the through-the thickness variation of the core properties are determined solving the Euler-Lagrange equations of an extremal problem in which the strain energy due to out-of-plane strains and stresses is minimised, while that due to their in-plane counterparts is maximised. In this way, the energy stored by unwanted out-of-plane modes involving weak properties is transferred to acceptable in-plane modes. As shown by the numerical applications, the critical interlaminar stress concentrations at the interfaces with the core are consistently reduced without any bending stiffness loss and the strength to debonding of faces from the core is improved. The structural model was recently developed by the author to accurately describe strain energy and interlaminar stresses from the constitutive equations. It a priori fulfills the displacement and stress contact conditions at the interfaces, considers a second order expansion of Lame's coefficients and a hierarchic representation that adapts to the variation of solutions. Its functional d.o.f. are the traditional mid-plane displacements and the shear rotations, so refinement implies no increase of the number of functional d.o.f. Sandwich shells are represented as multilayered shells made of layers with different thickness and material properties, the core being treated as a thick intermediate layer.
Kim, Seong-Jin;Han, Hyeok-Seop;Lim, Jae-Hyock;Park, Eui-Yong;Baek, Ki-Bong
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.497-500
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2011
The experimental study of thermal stress in the solid rocket engine nozzle with two different materials, SCM-440 and STS-630, was evaluated. SCM-440 has lager temperature increasing rate and higher temperature at the nozzle expansion region than STS-630. Thermal barrier efficiency and endurance of Zirconia coating were evaluated after making two more nozzles coated by Zirconica. Both coated materials showed about 70 percent higher thermal barrier efficiency than uncoated nozzles. Therefore, Zirconia coating using plasma spray method was useful in thermal safety at supersonic nozzle.
The objective of this analytical study is to calculate the elasto-plastic stresses of Functionally Graded (FG) hyperbolic disc subjected to uniform temperature. The material properties (elastic modulus, thermal expansion coefficient and yield strength) and the geometry (thickness) of the disc are assumed to vary radially with a power law function, but Poisson's ratio does not vary. FG disc material is assumed to be non-work hardening. Radial and tangential stresses are obtained for various thickness profile, temperature and material properties. The results indicate that thickness profile and volume fractions of constituent materials play very important role on the thermal stresses of the FG hyperbolic discs. It is seen that thermal stresses in a disc with variable thickness are lower than those with constant thickness at the same temperature. As a result of this, variations in the thickness profile increase the operation temperature. Moreover, thickness variation in the discs provides a significant weight reduction. A disc with lower rigidity at the inner surface according to the outer surface should be selected to obtain almost homogenous stress distribution and to increase resistance to temperature. So, discs, which have more rigid region at the outer surface, are more useful in terms of resistance to temperature.
Kim, Jae-Young;Takada, Naotoshi;Kang, Sang-Wook;Kim, Ki-Seop;Park, Sang-Uk;Kim, Sung-Rae
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.1-6
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2008
When a saturated clay is sampled in an undisturbed manner from a bore hole, the sample extends vertically and shrinks horizontally under undrained conditions due to stress release. The conventional consolidation test specimen is trimmed from the expanded sample so that its diameter is equal to the inner diameter of the consolidation test ring, this test procedure does not reproduce the actual consolidation behavior. The measurement of sample extension was conducted by means of overcoring method found that the extension strains were 1 to 2%. To simulate the in-situ consolidation behavior, the consolidation test method that uses a specimen with a slightly smaller diameter than the inside diameter of consolidometer so that the specimen expands laterally to the inside of the ring.
Kim, S.K.;Lee, J.L.;Kang, K.H.;Yoon, K.H.;Park, I.J.;Song, J.;Han, S.O.
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.07c
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pp.1518-1520
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2001
Bi-layer Mo films were deposited on sodalime glass substrates using DC magnetron sputtering. As the gas pressure and power density, the resistivity varied from $1.5{\times}10^{-5}$ to $4.97{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$. Furthermore, stress direction yielded compressive-to-tensile transition stress curves. The microstructure of the compressive stress films which had poor adhesion consists of tightly packed columns, but of the tensile-stressed films had less dense structure. Under all gas pressure conditions, Mo films exhibited distinctly increasing optical reflection with decreasing gas pressure. The expansion of (110) peak width with the gas pressure meant the worse crystalline growth. Also, The highest efficiency was 15.2% on 0.2 $cm^2$. The fill factor, open circuit voltage and short circuit current were 63 %, 570 mV and 42.6 mA/$cm^2$ respectively.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.261-264
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2002
Interfacial evaluation, damage sensing and cure monitoring of single carbon fiber/thermosetting composite with different curing processes was investigated using electro-micromechanical test. After curing, residual stress was monitored by measurement of electrical resistance (ER) and then it was compared to correlate with various curing processes. In thermal curing, curing shrinkage appeared significantly by matrix shrinkage and residual stress due to the difference in thermal expansion coefficient (TEC). The change in electrical resistance (ΔR) on thermal curing was higher than that on ultraviolet (UV) curing. For thermal curing, apparent modulus was the highest and reaching time until same strain was faster. So far thermal curing shows strong durability on the IFSS after boiling test.
Jafari, Mohammad;Hoseyni, Seyed A. Mahmodzade;Chaleshtari, Mohammad H. Bayati
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.5
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pp.795-807
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2016
This study tries to examine the effect of different parameters on stress analysis of infinite plates with central quasi-triangular cutout using particle swarm optimization (PSO) algorithm and also an attempt has been made to introduce general optimum parameters in order to achieve the minimum amount of stress concentration around this type of cutout on isotropic and orthotropic plates. Basis of the presented method is expansion of analytical method conducted by Lekhnitskii for circular and elliptical cutouts. Design variables in this study include fiber angle, load angle, curvature radius of the corner of the cutout, rotation angle of the cutout and at last material of the plate. Also, diagrams of convergence and duration time of the desired problem are compared with Simulated Annealing algorithm. Conducted comparison is indicative of appropriateness of this method in optimization of the plates. Finite element numerical solution is employed to examine the results of present analytical solution. Overlap of the results of the two methods confirms the validity of the presented solution. Results show that by selecting the aforementioned parameters properly, less amounts of stress can be achieved around the cutout leading to an increase in load-bearing capacity of the structure.
Kim, S.K.;Lee, J.C.;Kang, K.H.;Yoon, K.H.;Park, I.J.;Song, J.;Han, S.O.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.05c
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pp.63-66
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2002
Bi-layer Mo films were deposited on sodalime glass substrates using DC magnetron sputtering. As the gas pressure and power density, the resistivity varied from $1.5{\times}10^{-5}$ to $4.97{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$. Furthermore, stress direction yielded compressive-to-tensile transition stress curves. The microstructure of the compressive stress films which had poor adhesion consists of tightly packed columns, but of the tensile-stressed films had less dense structure. Under all gas pressure conditions, Mo films exhibited distinctly increasing optical reflection with decreasing gas pressure. The expansion of (110) peak width with the gas pressure meant the worse crystalline growth. Also, The highest efficiency was 15.2% on 0.2 $cm^2$. The fill factor, open circuit voltage and short circuit current were 63 %, 570 m V and 42.6 $mA/cm^2$ respectively.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.2
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pp.61-66
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2010
A virtual manufacturing system that is composed of JMatPro, a material modeler and $DEFORM^{TM}$-HT, a finite element package is applied to the hot press forming process: high temperature material properties for each phase such as flow stress, elastic modulus, Poisson's ratio, thermal expansion coefficient, in addition to TTT curve are predicted by JMatPro and taken into $DEFORM^{TM}$-HT to predict the material behavior considering phase transformation and heat transfer simultaneously. In order to verify the accuracy of computation, the residual stress and the springback were compared with the experimental measurements. Both the predicted and measured principal residual stresses and amount of springback were in good agreement. It was also found that the residual stresses generated from hot press forming are not negligible as it has been generally assumed, although the springback deformation is quite small.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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