This paper deals with the stability analysis of concrete pipes mixed with nanoparticles conveying fluid. Instead of cement, the $Fe_2O_3$ nanoparticles are used in construction of the concrete pipe. The Navier-Stokes equations are used for obtaining the radial force of the fluid. Mori-Tanaka model is used for calculating the effective material properties of the concrete $pipe-Fe_2O_3$ nanoparticles considering the agglomeration of the nanoparticles. The first order shear deformation theory (FSDT) is used for mathematical modeling of the structure. The motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principal. An exact solution is used for stability analysis of the structure. The effects of fluid, volume percent and agglomeration of $Fe_2O_3$ nanoparticles, magnetic field and geometrical parameters of pipe are shown on the stability behaviour of system. Results show that considering the agglomeration of $Fe_2O_3$ nanoparticles, the critical fluid velocity of the concrete pipe is decreased.
Earth's magnetopause separating the fast and often turbulent magnetosheath and the relatively stagnant magnetosphere provides various forms of free energy that generate low-frequency surface waves. The source mechanism of this energy includes current-driven kinetic physical processes such as magnetic reconnection on the dayside magnetopause and flux transfer events drifting along the magnetopause, and velocity shear-driven (Kelvin-Helmholtz instability) or density/pressure gradient-driven (Rayleigh-Taylor instability) magnetohydro-dynamics (MHD) instabilities. The solar wind external perturbations (impulsive transient pressure pulses or quasi-periodic dynamic pressure variations) act as seed fluctuations for the magnetopause waves and trigger ULF pulsations inside the magnetosphere via global modes or mode conversion at the magnetopause. The magnetopause waves thus play an important role in the solar wind-magnetosphere coupling, which is the key to space weather. This paper presents recent findings regarding the generation of surface waves (e.g., Kelvin-Helmholtz waves) at the Earth's magnetopause and analytic and observational studies accountable for the linking of the magnetopause waves and inner magnetospheric ULF pulsations, and the impacts of magnetopause waves on the dynamics of the magnetopause and on the inner magnetosphere.
This article represents a quasi-3D theory for the buckling investigation of magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) nanoplates. All the effects of shear deformation and thickness stretching are considered within the presented theory. Magneto-electro-elastic material properties are considered to be graded in thickness direction employing power-law distribution. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of such nanoplates. Using Hamilton's principle, the nonlocal governing equations based on quasi-3D plate theory are obtained for the buckling analysis of MEE-FG nanoplates including size effect and they are solved applying analytical solution. It is found that magnetic potential, electric voltage, boundary conditions, nonlocal parameter, power-law index and plate geometrical parameters have significant effects on critical buckling loads of MEE-FG nanoscale plates.
In the present study, the nonlocal strain gradient theory is used to predict the size-dependent buckling and post-buckling behavior of geometrically imperfect nano-scale piezo-flexomagnetic plate strips in two modes of direct and converse flexomagnetic effects. The first-order shear deformation plate theory is used to analyze analytically nano-strips with simply supported boundary conditions. The nonlinear governing equations of equilibrium and associated boundary conditions are derived using the principle of minimum total potential energy with consideration of the von Kármán-type of geometric nonlinearity. A closed-form solution of governing differential equation is obtained, which is easily usable for engineers and designers. To validate the presented formulations, whenever possible, a comparison with the results found in the open literature is reported for buckling loads. A parametric study is presented to examine the effect of scaling parameters, plate slenderness ratio, temperature, the mid-plane initial rise, flexomagnetic coefficient, different temperature distributions, and magnetic potential, in case of the converse flexomagnetic effect, on buckling and post-buckling loads in detail.
Xiaoping Zou;Gongxing Yan;Wangming Wu;Wenjie Yang;Weiwei Shi;Yuhusun Sun
Steel and Composite Structures
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v.46
no.4
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pp.485-495
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2023
Bending static and stress investigation of a microplate of piezoelectric/piezomagnetic material subjected to combined multifield loading. Shear deformable as well as thickness stretched model is used for derivation of the kinematic relations. Multi field governing equations are derived analytically through principle of virtual work. the results are analytically obtained analytically including magnetic/electric potentials, displacement and stress components with variation in multifield loading parameters.
Critical multi-field loads and free vibration responses of the sandwich piezoelectric/piezomagnetic microplate subjected to combination of magnetoelectromechanical loads based on a thickness-stretched higher order shear deformable model using Hamilton's principle. The lateral displacement is assumed summation of bending, shearing and stretching functions. The elasti core is sandwiched by a couple of piezoelectric/piezomagnetic face-sheets subjected to electromagnetocmechanical loads. The work of external force is calculated with considering the in-plane mechanical, electrical and magnetic loads based on piezomagnetoelasticity relations. The critical multi field loading and natural frequency analysis are performed to investigate influence of geometric and loading parameters on the responses. A verification is performed for justification of the numerical results.
Selvamani Rajendran;Rubine Loganathan;Murat Yaylaci;Ecren Uzun Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.489-500
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2024
This paper studies the free vibration analysis of the piezo-magneto-thermo-elastic FG nanobeam submerged in a fluid environment. The problem governed by the partial differential equations is determined by refined higher-order State Space Strain Gradient Theory (SSSGT). Hamilton's principle is applied to discretize the differential equation and transform it into a coupled Euler-Lagrange equation. Furthermore, the equations are solved analytically using Navier's solution technique to form stiffness, damping, and mass matrices. Also, the effects of nonlocal ceramic and metal parts over various parameters such as temperature, Magnetic potential and electric voltage on the free vibration are interpreted graphically. A comparison with existing published findings is performed to showcase the precision of the results.
One of the main shortcomings in the current passive base isolation system is lack of adaptability. The recent research and development of a novel adaptive seismic isolator based on magnetorheological elastomer (MRE) material has created an opportunity to add adaptability to base isolation systems for civil structures. The new MRE based base isolator is able to significantly alter its shear modulus or lateral stiffness with the applied magnetic field or electric current, which makes it a competitive candidate to develop an adaptive base isolation system. This paper aims at exploring suitable control algorithms for such adaptive base isolation system by developing a close-loop semi-active control system for a building structure equipped with MRE base isolators. The MRE base isolator is simulated by a numerical model derived from experimental characterization based on the Bouc-Wen Model, which is able to describe the force-displacement response of the device accurately. The parameters of Bouc-Wen Model such as the stiffness and the damping coefficients are described as functions of the applied current. The state-space model is built by analyzing the dynamic property of the structure embedded with MRE base isolators. A Lyapunov-based controller is designed to adaptively vary the current applied to MRE base isolator to suppress the quake-induced vibrations. The proposed control method is applied to a widely used benchmark base-isolated structure by numerical simulation. The performance of the adaptive base isolation system was evaluated through comparison with optimal passive base isolation system and a passive base isolation system with optimized base shear. It is concluded that the adaptive base isolation system with proposed Lyapunov-based semi-active control surpasses the performance of other two passive systems in protecting the civil structures under seismic events.
Kim, Keewon;Kim, Jaeuk U.;Beak, Hyun Man;Kim, Sung Kyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.4
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pp.221-226
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2016
Since arterial disease in the upper extremity is less common than that in the lower extremity, experimental and numerical investigations related to upper extremity have been rarely performed. We created a three-dimensional model of the arteries, larger than approximately 1 mm, in a Korean adult's left hand (from brachial to digital arteries), from 3T magnetic resonance imaging (MRI) data. For the first time, a three-dimensional computational fluid dynamic method was employed to investigate blood flow velocity, blood pressure variation, and wall shear stress (WSS) on this complicated artery system. Investigations were done on physiological blood flows near the branches of radial and deep palmar arch arteries, and ulnar and superficial palmar arch arteries. The flow is assumed to be laminar and the fluid is assumed to be Newtonian, with density and viscosity properties of plasma.
Texture development and martensitic phase transformation, on rolling, are compared in two Hadfield's steels, one having low carbon content(0.65wt% C), the other high carbon content(1.35wt%). In spite of small difference in stacking fault energy(about 2 mJm$^{-2}$ ) between two Hadfield's steels, the differences in texture development are observed. In low carbon steel, the textures developed are similar to those of low stacking fault energy metals in low strain range. However, the abnormal textures such as {111} , {110} <001> are strongly developed at high strain, which are due to the disturbance of u martensite in the development of textures formed at the packets of shear bands or at the grain boundaries. In contrast to low carbon Hadfield's steel( LCHS), the texture development of high carbon Hadfield's steel(HCHS) is simitar to those of low stacking fault energy metals in the whole strain range. This may be due to the fact that the amount of deformation induced martensite was small, as observed by A.C. magnetic susceptibility and iron particle tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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