Han, J. C.;Jung, C.;Song, Y. S.;Yoon, J. K.;Lo, B. H.;Lee, K. H.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.31
no.1
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pp.12-23
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1998
The Thermal Barrier Coating(TBC) has been used to improve the heat barrier and tribological properties of the aircraft engine and the automobile engine in high temperature. Especially, the high temperature tribological propertied of the cylinder haed and the piston crown of diesel engine was emphasized. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the microstructure, tribological propeer in high tempearmal shock resistance and bonding strength of five layer functionally gradient TBC for the applications. The five layerwere composed with 100% ceramic insulating later, 75(ceramic):25 (metal) layer, 50:50 layer, 25:75 layer and 100% metal bonding layer to redude the thermal stress. the YSL and MSL poweders were the insulation ceramics powers. The NiCrAly, Inconel625 and SUS powders were the bonding and mixingg powders for plasma spray process. According to the result of high temperature wear test, the wera resistance of YSZ/NiCrAlY siytem was most out standing at 600 and $800^{\circ}C$. At $400^{\circ}C$, the wear resistance of YSZ/Inconel system was better than others. Wear volume at other temperature because of the low temperature degration of zirconia. The thermal shock mechanism of 5 later is the vertical crack gegration in insulating layer. this means that the initial cracks were generated in the top layer, and then developed into the composite layers during thermal shock test. Finally, these cracks werereached to the interface of coating and substrate and also, these vertioal cracks join with the horizontal cracks of the each layers. The bonding strength of YSZ/NiCrAlY and YSZ/Inconel 5 layer system is better than other 5layer systems. The theramal shock resistance of thermal barrier coating s with 5 layer system is better than that of 3 layers and 2 layers.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.105-120
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2018
In this paper, the nonlinear free and forced vibration responses of sandwich nano-beams with three various functionally graded (FG) patterns of reinforced carbon nanotubes (CNTs) face-sheets are investigated. The sandwich nano-beam is resting on nonlinear Visco-elastic foundation and is subjected to thermal and electrical loads. The nonlinear governing equations of motion are derived for an Euler-Bernoulli beam based on Hamilton principle and von Karman nonlinear relation. To analyze nonlinear vibration, Galerkin's decomposition technique is employed to convert the governing partial differential equation (PDE) to a nonlinear ordinary differential equation (ODE). Furthermore, the Multiple Times Scale (MTS) method is employed to find approximate solution for the nonlinear time, frequency and forced responses of the sandwich nano-beam. Comparison between results of this paper and previous published paper shows that our numerical results are in good agreement with literature. In addition, the nonlinear frequency, force response and nonlinear damping time response is carefully studied. The influences of important parameters such as nonlocal parameter, volume fraction of the CNTs, different patterns of CNTs, length scale parameter, Visco-Pasternak foundation parameter, applied voltage, longitudinal magnetic field and temperature change are investigated on the various responses. One can conclude that frequency of FG-AV pattern is greater than other used patterns.
Current paper deals with thermoelastic static and free vibrational behaviors of axisymmetric thick cylinders reinforced with functionally graded (FG) randomly oriented graphene subjected to internal pressure and thermal gradient loads. The heat transfer and mechanical analyses of randomly oriented graphene-reinforced nanocomposite (GRNC) cylinders are facilitated by developing a weak form mesh-free method based on moving least squares (MLS) shape functions. Furthermore, in order to estimate the material properties of GRNC with temperature dependent components, a modified Halpin-Tsai model incorporated with two efficiency parameters is utilized. It is assumed that the distributions of graphene nano-sheets are uniform and FG along the radial direction of nanocomposite cylinders. By comparing with the exact result, the accuracy of the developed method is verified. Also, the convergence of the method is successfully confirmed. Then we investigated the effects of graphene distribution and volume fraction as well as thermo-mechanical boundary conditions on the temperature distribution, static response and natural frequency of the considered FG-GRNC thick cylinders. The results disclosed that graphene distribution has significant effects on the temperature and hoop stress distributions of FG-GRNC cylinders. However, the volume fraction of graphene has stronger effect on the natural frequencies of the considered thick cylinders than its distribution.
In this study, the influences of triaxial magnetic field on the wave propagation behavior of anisotropic nanoplates are studied. In order to include small scale effects, nonlocal strain gradient theory has been implemented. To study the nanoplate as a continuum model, the three-dimensional elasticity theory is adopted in Cartesian coordinate. In our study, all the elastic constants are considered and assumed to be the functions of (x, y, z), so all kind of anisotropic structures such as hexagonal and trigonal materials can be modeled, too. Moreover, all types of functionally graded structures can be investigated. eigenvalue method is employed and analytical solutions for the wave propagation are obtained. To justify our methodology, our results for the wave propagation of isotropic nanoplates are compared with the results available in the literature and great agreement is achieved. Five different types of anisotropic structures are investigated in present paper and then the influences of wave number, material properties, nonlocal and gradient parameter and uniaxial, biaxial and triaxial magnetic field on the wave propagation analysis of anisotropic nanoplates are presented. From the best knowledge of authors, it is the first time that three-dimensional elasticity theory and nonlocal strain gradient theory are used together with no approximation to derive the governing equations. Moreover, up to now, the effects of triaxial magnetic field have not been studied with considering size effects in nanoplates. According to the lack of any common approximations in the displacement field or in elastic constant, present theory has the potential to be used as a bench mark for future works.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.1
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pp.15-23
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2011
The purpose of this paper is to investigate the time behavior of a multiple crack problems. It is assumed that the medium contains cracks perpendicular to the crack surfaces, that the thermo-mechanical properties are continuous functions of the thickness coordinate. we use the laminated composite plate model to simulate the material non-homogeneity. By utilizing the Laplace transform and Fourier transform techniques, the multiple crack problems in the non-homogeneous medium is formulated. Singular integral equations are derived and solved to investigate the multiple crack problems. As a numerical illustration, transient thermal stress intensity factors(TSIFs) for a functionally graded material plate subjected to sudden heating on its boundary are provided. The variation in the TSIFs due to the change in material gradient and the crack position is studied.
As a first attempt, an inverse hybrid numerical method for small scale parameter estimation of functionally graded (FG) nanobeams using measured frequencies is presented. The governing equations are obtained with the Eringen's nonlocal elasticity assumptions and the first-order shear deformation theory (FSDT). The equations are discretized by using the differential quadrature method (DQM). The discretized equations are transferred from temporal domain to frequency domain and frequencies of the nanobeam are obtained. By applying random error to these frequencies, measured frequencies are generated. The measured frequencies are considered as input data and inversely, the small scale parameter of the beam is obtained by minimizing a defined functional. The functional is defined as root mean square error between the measured frequencies and calculated frequencies by the DQM. Then, the conjugate gradient (CG) optimization method is employed to minimize the functional and the small scale parameter is obtained. Efficiency, convergence and accuracy of the presented hybrid method for small scale parameter estimation of the beams for different applied random error, boundary conditions, length-to-thickness ratio and volume fraction coefficients are demonstrated.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.1
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pp.65-73
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2006
The high temperature occurs due to the combustion gas from engine in unmanned aerial vehicles (UAV). The high temperature may cause serious damages in UAV structure. The Functionally Graded Material (FGM) is chosen as a candidate material of the engine duct structure. A functionally graded material (FGM) is a two- component mixture composed by compositional gradient materials from one material to the other. In contrast, traditional composite materials are homogeneous mixtures, and involve compositions between the desirable properties of the component materials. Since significant proportions of an FGM contain the pure form of each material, the need for compromise is eliminated. The properties of both components can be fully utilized. Thermal stress analysis of FGM layers (20, 40, 60, 80 and 100) is performed in this paper. In addition, the creep behavior of FGM applied in duct structure of an engine is analyzed for better understanding of FGM characteristics.
The objective of this work is to present a zeroth-order shear deformation theory for free vibration analysis of functionally graded (FG) nanoscale plates resting on elastic foundation. The model takes into consideration the influences of small scale and the parabolic variation of the transverse shear strains across the thickness of the nanoscale plate and thus, it avoids the employ use of shear correction factors. Also, in this present theory, the effect of transverse shear deformation is included in the axial displacements by using the shear forces instead of rotational displacements as in available high order plate theories. The material properties are supposed to be graded only in the thickness direction and the effective properties for the FG nanoscale plate are calculated by considering Mori-Tanaka homogenization scheme. The equations of motion are obtained using the nonlocal differential constitutive expressions of Eringen in conjunction with the zeroth-order shear deformation theory via Hamilton's principle. Numerical results for vibration of FG nanoscale plates resting on elastic foundations are presented and compared with the existing solutions. The influences of small scale, shear deformation, gradient index, Winkler modulus parameter and Pasternak shear modulus parameter on the vibration responses of the FG nanoscale plates are investigated.
Bidgoli, Mahmood Rabani;Karimi, Mohammad Saeed;Arani, Ali Ghorbanpour
Steel and Composite Structures
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v.19
no.3
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pp.713-733
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2015
In this paper, viscous fluid induced nonlinear free vibration and instability analysis of a functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) cylindrical shell integrated with two uniformly distributed piezoelectric layers on the top and bottom surfaces of the cylindrical shell are presented. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are selected as reinforcement and effective material properties of FG-CNTRC cylindrical shell are assumed to be graded through the thickness direction and are estimated through the rule of mixture. The elastic foundation is modeled by temperature-dependent orthotropic Pasternak medium. Considering coupling of mechanical and electrical fields, Mindlin shell theory and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Nonlinear frequency and critical fluid velocity of sandwich structure are calculated based on differential quadrature method (DQM). The effects of different parameters such as distribution type of SWCNTs, volume fractions of SWCNTs, elastic medium and temperature gradient are discussed on the vibration and instability behavior of the sandwich structure. Results indicate that considering elastic foundation increases frequency and critical fluid velocity of system.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.15
no.6
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pp.269-275
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2005
Ni/Ni-aluminide/Ti/Ti-aluminide laminate composite, considered as a functionally gradient material, was manufactured by thin foil hot press technique. Thick intermetallic layers of NiAl and $TiAl_3$ were formed by a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction, and thin continuous taters of $Ni_3Al$ and TiAl were formed by a solid-state diffusion. Fracture resistance with loading along the crack arrester direction is higher than crack divider direction due to the interruption of crack growth in metal layers. The $Ni_3Al$ and NiAl intermetallic layer showed cleavage and intergranular fracture behavior, respectively, while the fracture mode of $TiAl_3$ layer was found to be an intragranular cleavage. The debonding between metal and intermetallic layer and the pores were observed in the Ni/Ni-aluminide layers, resulting in the lower fracture resistance. With the results of acoustic emission (AE) source characterization the real time of failure and the effect of AE to crack growth could be monitored.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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