The thermal behaviors of disk-pad braking models has been analyzed for a high-speed train brake system using the coupled thermal-mechanical analysis technique. The temperature distribution, thermal distortion, and contact stress in the disk-pads contact model have been investigated as functions of the convective heat transfer rate. The FEM results indicate that multiple spot type pads show more stabilized thermal characteristics compared with those of the flat type pads for the increased convective heat transfer rate. The maximum contact stress for a friction pad loaded against a rubbing disk was occurred on the edge of the pad at the disk-pad interface.
This paper describes a 2D nonlinear finite element analysis (NLFEA) platform that combines heat flow analysis with realistic analysis of cracked reinforced concrete structures. The behavior models included in the structural analysis are mainly based on the Modified Compression Field Theory and the Distributed Stress Field Model. The heat flow analysis takes into account time-varying thermal loads and temperature-dependent material properties. The capability of 2D nonlinear transient thermal analysis is then implemented into a nonlinear finite element analysis program VecTor2(C) for 2D reinforced concrete membranes. Analyses of four numerical examples are performed using VecTor2, and results obtained indicate that the suggested nonlinear finite element analysis procedure is capable of modeling the complete response of a concrete structure to thermal and mechanical loads.
Thermo-mechanical buckling of sandwich beams with a stiff core and face sheets made of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) within the framework of Timoshenko beam theory is presented. The material properties of FG-CNTRC are supposed to vary continuously in the thickness direction and are estimated through the rule of mixture. Also the properties of these materials should be considered temperature dependent. The governing equations and boundary conditions are derived by using Hamilton's principle and solved using an efficient technique called the Differential Transform Method (DTM) to achieve the critical buckling of the sandwich beam in uniform thermal environment. A detailed parametric study is guided to investigate the effects of carbon nanotube volume fraction, slenderness ratio, core-to-face sheet thickness ratio, and clamped-clamped, simply-simply and clamped-simply end supports on the critical buckling behavior of sandwich beams with FG-CNTRC face sheets. Numerical results for comparison of sandwich beams with uniformly distributed carbon nanotube-reinforced composite (UD-CNTRC) face sheets with those with FG-CNTRC face sheets are also presented.
Eltaher, M.A.;Khater, M.E.;Park, S.;Abdel-Rahman, E.;Yavuz, M.
Advances in nano research
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v.4
no.1
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pp.51-64
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2016
This paper investigates the effects of thermal load and shear force on the buckling of nanobeams. Higher-order shear deformation beam theories are implemented and their predictions of the critical buckling load and post-buckled configurations are compared to those of Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories. The nonlocal Eringen elasticity model is adopted to account a size-dependence at the nano-scale. Analytical closed form solutions for critical buckling loads and post-buckling configurations are derived for proposed beam theories. This would be helpful for those who work in the mechanical analysis of nanobeams especially experimentalists working in the field. Results show that thermal load has a more significant impact on the buckling behavior of simply-supported beams (S-S) than it has on clamped-clamped (C-C) beams. However, the nonlocal effect has more impact on C-C beams that it does on S-S beams. Moreover, it was found that the predictions obtained from Timoshenko beam theory are identical to those obtained using all higher-order shear deformation theories, suggesting that Timoshenko beam theory is sufficient to analyze buckling in nanobeams.
Park, Hyun-Cheol;Youn, Sung-Kie;Song, Tae-Sok;Kim, Nam-Jeon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.5
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pp.746-755
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1997
This paper addresses the systematic procedure using sequential approach for the analysis of the coupled thermo-mechanical behavior of a steady rolling tire. Not only the knowledge of mechanical stresses but also of the temperature loading in a rolling tire are very important because material damage and material properties are significantly affected by the temperature. In general, the thermo-mechanical behavior of a pneumatic tire is highly complex transient phenomenon that requires the solution of a dynamic nonlinear coupled themoviscoelasticity problem with heat source resulting from internal dissipation and friction. In this paper, a sequential approach, with effective calculation schemes, to modeling this system is presented in order to predict the temperature distribution with reasonable sccuracies in a steady state rolling tire. This approach has the three major analysis modules-deformation, dissipation, and thermal modules. In the dissipation module, an analytic method for the calculation of the heat source in a rolling tire is established using viscoelastic theory. For the verification of the calculated temperature profiles and rolling resistance at different velocities, they were compared with the measured ones.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.1
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pp.23-41
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2023
Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGH-FLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young's modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young's modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.182-182
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2010
The behavior of properties of ion exchanged substrate glasses was investigated in this study. In order to study the effects of ion exchange, ion exchange behavior with ion penetration depth, amount of ion exchange, density and thermal expansion was measured according to the time and temperature. The mechanical properties were evaluated by the three point bending test and curvature change, and then fracture patterns were investigated by optical microscope.
Thermal shock behavior of TiN-coated SUS 304 substrate was investigated using a laser ablation method. By short surface ablation with a pulse Nd-YAG laser, considerable surface crack and spalling were observed, whereas there were few oxidation phenomena, such as grain growth of TiN crystallites, nucleation and growth of $TiO_2$ crystallites, which were observed from the coatings quenched from $700^{\circ}C$ in a chamber. The oxygen concentration of the ablated coating surface with the pulse laser also had a lower value than that of the quenched coating surface by Auger electron spectroscopy and electron probe micro analysis. These results were attributed to the fact that the properties of the pulse laser method have a very short heating time and so the diffusion time for oxidation was insufficient. Consequently, it was verified that the laser thermal shock test provides a way to evaluate the influence of the thermal shock load reduced oxidation effect.
In the current paper, an exact solution method is carried out for analyzing the thermo-mechanical vibration of curved FG nano-beams subjected to uniform thermal environmental conditions, by considering porosity distribution via nonlocal strain gradient beam theory for the first time. Nonlocal strain gradient elasticity theory is adopted to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field is considered. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Material properties of curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and are supposed to vary through the thickness direction of beam which modeled via modified power-law rule. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, porosity play a key role in the mechanical response of curved FG nano-structures. The governing equations and related boundary condition of curved porous FG nanobeam under temperature field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved nanobeam supposed to thermal loading. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, porosity volume fractions, thermal effect, gradient index, opening angle and aspect ratio on the natural frequency of curved FG porous nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play key roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.3
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pp.43-48
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2022
In this study, simulation method was developed to improve the accuracy of the warpage simulation based on the equivalent anisotropic viscoelastic model. First, a package with copper traces and bumps was modeled to implement anisotropic viscoelastic behavior. Then, equivalent anisotropic viscoelastic properties and thermal expansion coefficient for the bump region were derived through the representative volume element model. A thermal cycle of 0 to 125 degrees was applied to the package based on the derived mechanical properties, and the warpage according to the thermal cycle was simulated. To verify the simulation results, the actual package was manufactured, and the warpage with respect to the thermal cycle was measured through shadow moiré interferometer. As a result, by applying the equivalent anisotropic viscoelastic model, it was possible to calculate the warpage of the package within 5 ㎛ error and predict the shape of the warpage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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