Magneto-electro-elastic (MEE) materials under thermal environment exhibits pyroelectric and pyromagnetic coefficients resulting in pyroeffects such as pyroelectric and pyromagnetic. The pyroeffects on the behavior of multiphase MEE sensor bonded on top surface of a mild steel cylindrical shell under thermal environment is presented in this paper. The study aims to investigate how samples having different volume fractions of the multiphase MEE sensor behave due to pyroeffects using semi-analytical finite element method. This is studied at an optimal location on a mild steel cylindrical shell, where the maximum electric and magnetic potentials are induced due to these pyroeffects under different boundary conditions. It is assumed that sensor and shell is perfectively bonded to each other. The maximum pyroeffects on electric and magnetic potentials are observed when volume fraction is $v_f$ = 0.2. Additionally, the boundary conditions significantly influence the pyroeffects on electric and magnetic potentials.
Under thermal environment, Magneto-Electro-Elastic (MEE) material exhibits pyroelectric and pyromagnetic effects which can be used for enhancing the performance of MEE sensors. Recently studies have been published on material constants such as pyroelectric constant and pyromagnetic constant for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the main aim of this paper is to study the pyroelectric and pyromagnetic effects on behavior of MEE plate under different boundary conditions subjected to uniform temperature. A numerical study is carried out using eight noded brick finite element under uniform temperature rise of 100 K. The study focused on the pyroelectric and pyromagnetic effects on system parameters like displacements, thermal stresses, electric potential, magnetic potential, electric displacements and magnetic flux densities. It is found that, there is a significant increase in electric potential due to the pyroelectric and pyromagnetic effects. These effects are visible on electric and magnetic potentials when CFFC and FCFC boundary conditions are applied. Additionally, the pyroelectric and pyromagnetic effects at free edge is dominant (nearly thrice the value in CFFC in comparison with FCFC) than at middle of the plate. This study is a significant contribution to sensor applications.
The magneto-electro-elastic (MEE) material under thermal environment exhibits pyroelectric and pyromagnetic coefficients resulting in pyroelectric and pyromagnetic effects. The pyroelectric and pyromagnetic effects on the behavior of multiphase MEE sensors bonded on top surface of a mild steel beam under thermal environment is presented in this paper. The aim of the study is to find out how samples having different volume fractions of the multiphase MEE composite behave in sensor applications. This is studied at optimal location on the beam, where the maximum electric and magnetic potentials are induced due to pyroelectric and pyromagnetic effects under clamped-free and clamped-clamped boundary conditions. The sensor which is bonded on the top surface of the beam is modeled using 8-node brick element. The MEE sensor bonded on mild steel beam is subjected to uniform temperature rise of 50K. It is assumed that beam and sensor is perfectly bonded to each other. The maximum pyroelectric and pyromagnetic effects on electric and magnetic potentials are observed when volume fraction is ${\nu}_f=0.2$. The boundary conditions significantly influence the pyroelectric and pyromagnetic effects on electric and magnetic potentials.
In this article, static analysis of a magneto-electro-elastic (MEE) beam subjected to various thermal loading and boundary conditions has been investigated. Influence of pyroeffects (pyroelectric and pyromagnetic) on the direct quantities (displacements and the potentials) of the MEE beam under different boundary conditions is studied. The finite element (FE) formulation of the MEE beam is developed using the total potential energy principle and the constitutive equations of the MEE material taking into account the coupling between elastic, electric, magnetic and thermal properties. Using the Maxwell electrostatic and electromagnetic relations, variation of stresses, displacements, electric and magnetic potentials along the length of the MEE beam are investigated. Effect of volume fractions, aspect ratio and boundary conditions on the direct quantities in thermal environment has been determined. The present investigation may be useful in design and analysis of magnetoelectroelastic smart structures and sensor applications.
Amir, Saeed;Arshid, Ehsan;Arani, Mohammad Reza Ghorbanpour
Smart Structures and Systems
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v.23
no.5
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pp.429-447
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2019
The present study analyzed free vibration of the three-layered micro annular/circular plate which its core and face sheets are made of saturated porous materials and FG-CNTRCs, respectively. The structure is subjected to magneto-electric fields and magneto-electro-mechanical pre loads. Mechanical properties of the porous core and also FG-CNTRC face sheets are varied through the thickness direction. Using dynamic Hamilton's principle, the motion equations based on MCS and FSD theories are derived and solved via GDQ as an efficient numerical method. Effect of different parameters such as pores distributions, porosity coefficient, pores compressibility, CNTs distribution, elastic foundation, multi-physical pre loads, small scale parameter and aspect ratio of the plate are investigated. The findings of this study can be useful for designing smart structures such as sensor and actuator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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