Piezoelectric and dielectric behaviors of a piezoceramic patch adhesively centered on a carbon composite plate are identified using a robust multi-objective optimization procedure. For this purpose, the patch piezoelectric stress coupling and blocked dielectric constants are automatically evaluated for a wide frequency range and for the different identifiable behaviors. Latters' symmetry conditions are coded in the design plans serving for response surface methodology-based sensitivity analysis and meta-modeling. The identified constants result from the measured and computed open-circuit frequencies deviations minimization by a genetic algorithm that uses meta-model estimated frequencies. Present investigations show that the bonded piezoceramic patch has effective three-dimensional (3D) orthotropic piezoelectric and dielectric behaviors. Besides, the sensitivity analysis indicates that four constants, from eight, dominate the 3D orthotropic behavior, and that the analyses can be reduced to the electromechanically coupled modes only; therefore, in this case, and if only the dominated parameters are optimized while the others keep their nominal values, the resulting piezoelectric and dielectric behaviors are found to be transverse-isotropic. These results can help designing piezoceramics smart composites for various applications like noise, vibration, shape, and health control.
In this paper, linear elastic isotropic structures under the effects of both stochastic operators and stochastic excitations are studied. The analysis utilizes the spectral stochastic finite elements (SSFEM) with its two main expansions namely; Neumann and Homogeneous Chaos expansions. The random excitation and the random operator fields are assumed to be second order stochastic processes. The formulations are obtained for the system solution of the two dimensional problems of plane strain and plate bending structures under stochastic loading and relevant rigidity using the previously mentioned expansions. Two finite element programs were developed to incorporate such formulations. Two illustrative examples are introduced: the first is a reinforced concrete culvert with stochastic rigidity subjected to a stochastic load where the culvert is modeled as plane strain problem. The second example is a simply supported square reinforced concrete slab subjected to out of plane loading in which the slab flexural rigidity and the applied load are considered stochastic. In each of the two examples, the first two statistical moments of displacement are evaluated using both expansions. The probability density function of the structure response of each problem is obtained using Homogeneous Chaos expansion.
This study aimed to presents a simple analytical approach to investigate the thermal buckling behavior of thick functionally graded sandwich by employing both the sinusoidal shear deformation theory and stress function. The material properties of the sandwich plate faces are continuously varied within the plate thickness according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are considered as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Numerical examples are presented to prove the effect of power law index, loading type and functionally graded layers thickness on the thermal buckling response of thick functionally graded sandwich.
A new higher shear deformation theory (HSDT) is presented for the thermal buckling behavior of functionally graded (FG) sandwich plates. It uses only four unknowns, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and the conventional HSDTs. The theory considers a hyperbolic variation of transverse shear stress, respects the traction free boundary conditions and contrary to the conventional HSDTs, the present one presents a new displacement field which includes undetermined integral terms. Material characteristics and thermal expansion coefficient of the sandwich plate faces are considered to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are supposed as uniform, linear and non-linear temperature rises within the thickness direction. An energy based variational principle is used to derive the governing equations as an eigenvalue problem. The validation of the present work is carried out with the available results in the literature. Numerical results are presented to demonstrate the influences of variations of volume fraction index, length-thickness ratio, loading type and functionally graded layers thickness on nondimensional thermal buckling loads.
The propagation of non-uniformly modulated, evolutionary random waves in viscoelastic, transversely isotropic, stratified materials is investigated. The theory is developed in the context of a multi-layered soil medium overlying bedrock, where the material properties of the bedrock are considered to be much stiffer than those of the soil and the power spectral density of the random excitation is assumed to be known at the bedrock. The governing differential equations are first derived in the frequency/wave-number domain so that the displacement response of the ground may be computed. The eigen-solution expansion method is then used to solve for the responses of the layers. This utilizes the precise integration method, in combination with the extended Wittrick-Williams algorithm, to obtain all the eigen-solutions of the ordinary differential equation. The recently developed pseudo-excitation method for structural random vibration is then used to determine the solution of the layered soil responses.
The paper presents a comparison between a semi-implicit time integration linear finite element implementation and fully-implicit nonlinear Newton-Raphson finite element implementation of a triphasic small strain mixture formulation of an elastic partially saturated porous medium. The pore air phase pressure pa is assumed atmospheric, i.e., $p_a$ = 0, although the formulation and implementation are general to handle increase in pore air pressure as a result of loading, if needed. The solid skeleton phase is assumed linear isotropic elastic and partially saturated 'consolidation' in the presence of surface infiltration and traction is simulated. The verification of the implementation against an analytical solution for partially saturated pore water flow (no deformation) and comparison between the two implementations is presented and the important of the porosity-dependent nature of the partially saturated permeability is assessed on comparison with a commercial code for the partially saturated flow with deformation. As a result, the response of partially saturated permeability subjected to the porosity influences on the saturation of a soil, and the different behaviors of the partially saturated soil between staggered and monolithic coupled programs is worth of attention because the negative pore water pressure in the partially saturated soil depends on the difference.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.04a
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pp.9-12
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2004
In this study, we investigated about electrooptics characteristic of three kind of TN cell on the polyimide surface. Monodomain alignments of thermal stressed TN cell over temperature of liquid crystal isotropic phase were almost same that of no thermal stressed TN cells. However, the thermal stressed TN cell have many defects. Also, threshold voltage and response time of thermal stressed TN cells show same performances of no thermal stressed TN cells. There were little changes of value in these TN cells. However, transmittances of TN cells on the polyimide surface decrease with increasing thermal stress time. Finally, the residual DC voltage of the thermal stressed TN cell on the polyimide surface show decrease of characteristics as increasing thermal stress time. Therefore, thermal stability of TN cell was decreased by high thermal stress for the long times.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.732-739
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2005
The determination of sound pressure radiated from periodic plate structures is fundamental in the estimation of noise level in aircraft fuselages or ship hull structures. As a robust approach to this problem, here a very general and comprehensive analytical model is developed for predicting the sound radiated by a vibrating plate stiffened by periodically spaced orthogonal symmetrical beams subjected to a sinusoidally time varying point load. In this these, we experiment with the numerical analysis using the space harmonic series and the SYSNOISE for measuring the vibration mode and character of response caused by sound radiation with adding the harmonic point force in the thin isotropic plate supported by the rectangular lattice reinforcement. We used the reinforcements, beams of open type section like the style of 'ㄷ' letter; the space of the beams were chosen to be 0.2m, 0.3m, 0.4m. We studied the behavior of sound pressure levels, analysis of vibration mode between support points, connection between frequency function and sound pressure levels, and connection between position function and sound pressure levels.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.205-213
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1987
A linear thermoviscoelastic material model, whose basis is on incremental constitutive equation that takes complete strain and temperature histories into account, is derived and computerized in the finite element code. The thermoviscoelastic F.E.M. code which is intended primarily to analyze the cylinder model during the cool-down period, embodies the assumption of linearly elastic bulk and visco-elastic shear responses, thermo-rheologically simple response to temperature change and isotropic thermal expansion. The verification of computer program is accomplished by first testing it against a closed form solution of A.M. Freudenthal & M. Shinozuka's. The stress and strain analyses of five cylindrical models are presented and compared with experimental results. Analytical results are good agreement with experimental results. Margins of safety are evaluated and its allowable ranges are presented.
In the present work, by considering the agglomeration effect of single-walled carbon nanotubes, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanocomposite sandwich plates resting on Pasternak foundation are presented. The volume fractions of randomly oriented agglomerated single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. To determine the effect of CNT agglomeration on the elastic properties of CNT-reinforced composites, a two-parameter micromechanical model of agglomeration is employed. In this research work, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented straight CNTs. The 2-D generalized differential quadrature method (GDQM) as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the equations of motion and to implement the various boundary conditions. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The benefit of using the considered power-law distribution is to illustrate and present useful results arising from symmetric and asymmetric profiles. The effects of two-parameter elastic foundation modulus, geometrical and material parameters together with the boundary conditions on the frequency parameters of the laminated FG nanocomposite plates are investigated. It is shown that the natural frequencies of structure are seriously affected by the influence of CNTs agglomeration. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods or two-dimensional theories used to analysis of laminated plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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