Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.4
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pp.401-409
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2007
Because of the various excellent characteristics of cast basalt materials. such as, anti-corrosion, anti-wearing, good hardness. high chemical stability, of which steel may not possess, the steel-basalt composite pipes are used in severe environments for compensating the defects of steel. However. without sufficient mechanical investigation prior to application. the basalt liners in steel-basalt composite pipes may be cracked and broken or the basalt liners are omitted from steel pipes in applications. In these cases, the merits of basalt materials may disappear and the basalt liners may not play their good roles as expected. Therefore, it is required that mechanical behavior of steel-basalt composite pipes and surrounding environments be fully examined before installation. The limit of bending moment with which steel-basalt composite pipe may safely endure is calculated and the limit curvature of the composite pipe in the safe range is presented in this paper. The temperature distributions and the thermal stresses are also computed and the limit difference of temperatures between inner and outer side of composite pipe is given together.
Tounsi, Abdelouahed;Al-Dulaijan, S.U.;Al-Osta, Mohammed A.;Chikh, Abdelbaki;Al-Zahrani, M.M.;Sharif, Alfarabi;Tounsi, Abdeldjebbar
Steel and Composite Structures
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v.34
no.4
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pp.511-524
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2020
In this research, a simple four-variable trigonometric integral shear deformation model is proposed for the static behavior of advanced functionally graded (AFG) ceramic-metal plates supported by a two-parameter elastic foundation and subjected to a nonlinear hygro-thermo-mechanical load. The elastic properties, including both the thermal expansion and moisture coefficients of the plate, are also supposed to be varied within thickness direction by following a power law distribution in terms of volume fractions of the components of the material. The interest of the current theory is seen in its kinematics that use only four independent unknowns, while first-order plate theory and other higher-order plate theories require at least five unknowns. The "in-plane displacement field" of the proposed theory utilizes cosine functions in terms of thickness coordinates to calculate out-of-plane shear deformations. The vertical displacement includes flexural and shear components. The elastic foundation is introduced in mathematical modeling as a two-parameter Winkler-Pasternak foundation. The virtual displacement principle is applied to obtain the basic equations and a Navier solution technique is used to determine an analytical solution. The numerical results predicted by the proposed formulation are compared with results already published in the literature to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed theory. The influences of "moisture concentration", temperature, stiffness of foundation, shear deformation, geometric ratios and volume fraction variation on the mechanical behavior of AFG plates are examined and discussed in detail.
This research concentrates on the effects of distributions and volume fractions of carbon nanotubes (CNT) on the nonlinear bending behavior of deep cylindrical panels reinforced by functionally graded carbon nanotubes under thermo-mechanical loading, hitherto not reported in the literature. Assuming the effects of shear deformation and moderately high value of the radius-to-side ratio (R/a), based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and von Karman type of geometric nonlinearity, the governing system of equations is obtained. The analytical solution of field equations is carried out using the Ritz method together with the Newton-Raphson iterative scheme. The effects of radius-to-side ratio, temperature change, and boundary conditions on the nonlinear response of the functionally graded carbon nanotubes reinforced composite deep cylindrical panel (FG-CNTRC) are investigated. It is concluded that, among the five possible distribution patterns of CNT, FG-V CNTRC deep cylindrical panel is strongest with the highest bending moment and followed by UD, X, O, and Ʌ-ones. Also, considering the present deep cylindrical panel formulation increases the accuracy of the results. Hence, according to the noticeable amount of R/a in FG-CNTRC cylindrical panels, it is mandatory to apply strain-displacement relations of deep cylindrical panels for bending analysis of FG-CNTRC which certainly is desirable for industrial application.
Jialing Li;Gongxing Yan;Zhongjian Tang;Saifeldin M. Siddeeg;Tamim Alkhalifah
Advances in nano research
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v.17
no.4
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pp.385-399
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2024
NEMS (Nano-Electro-Mechanical Systems) devices play a significant role in the advancement of prosthetic hands due to their unique properties at the nanoscale. Their integration enhances the functionality, sensitivity, and performance of prosthetic limbs. Understanding the electro-thermal buckling behavior of such structures is crucial since they may be subjected to extreme heat. So, in this paper, the two-dimensional hyperbolic differential quadrature method (2D-HDQM) integrated with a four-variable refined quasi-3D tangential shear deformation theory (RQ-3DTSDT) in view of the trace of thickness stretching is extended to study electro-thermal buckling response of three-directional poroelastic FG (3D-PFG) circular sector nanoplate patched with piezoelectric layer. Aimed at discovering the real governing equations, coupled equations with the aid of compatibility conditions are employed. Regarding modeling the size-impacts, nonlocal refined logarithmic strain gradient theory (NRLSGT) with two variables called nonlocal and length scale factors is examined. Numerical experimentation and comparison are used to indicate the precision and proficiency related to the created procedure. After obtaining the outputs of the mathematics, an appropriate dataset is used for testing, training and validating of the artificial intelligence. In the results section will be discussed the trace associated with multiple geometrical and physical factors on the electro-thermal buckling performance of the current nanostructure. These findings are essential for the design and optimization of NEMS applications in various fields, including sensing, actuation, and electronics, where thermal stability is paramount. The study's insights contribute to the development of more reliable and efficient NEMS devices, ensuring their robust performance under varying thermal conditions.
The retention of a molten pool vessel cooled by internal vessel reflooding and/or external vessel reactor cavity flooding has been considered as one of severe accident management strategies. The present numerical study investigates the effect of both internal and external vessel mixed cooling on an internally heated molten pool. The molten pool is confined in a hemispherical vessel with reference to the thermal behavior of the vessel wall. In this study, our numerical model used a scaled-down reactor vessel of a KSNP (Korea Standard Nuclear Power) reactor design of 1000 MWe (a Pressurized Water Reactor with a large and dry containment). Well-known temperature-dependent boiling heat transfer curves are applied to the internal and external vessel cooling boundaries. Radiative heat transfer has been considered in the case of dry internal vessel boundary condition. Computational results show that the external cooling vessel boundary conditions have better effectiveness than internal vessel cooling in the retention of the melt pool vessel failure.
This article presents the bending analysis of FGM rectangular plates resting on non-uniform elastic foundations in thermal environment. Theoretical formulations are based on a recently developed refined shear deformation theory. The displacement field of the present theory is chosen based on nonlinear variations in the in-plane displacements through the thickness of the plate. The present theory satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. Unlike the conventional trigonometric shear deformation theory, the present refined shear deformation theory contains only four unknowns as against five in case of other shear deformation theories. The material properties of the functionally graded plates are assumed to vary continuously through the thickness, according to a simple power law distribution of the volume fraction of the constituents. The elastic foundation is modeled as non-uniform foundation. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical examples cover the effects of the gradient index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio and elastic foundation parameters on the thermo-mechanical behavior of functionally graded plates. Numerical results show that the present theory can archive accuracy comparable to the existing higher order shear deformation theories that contain more number of unknowns.
Kim, Hun-Sik;Chae, Yun-Seok;Choi, Jae-Hoon;Yoon, Jin-San;Jin, Hyoung-Joon
Advanced Composite Materials
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v.17
no.2
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pp.157-166
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2008
In this study, multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were compounded with the poly($\varepsilon$-caprolactone) (PCL) matrix at the solution state using chloroform. For homogeneous dispersion of MWCNTs in polymer matrix, oxygen-containing groups were introduced on the surface of MWCNTs. The mechanical properties of the PCL/MWCNTs composites were effectively increased due to the incorporation of MWCNTs. The composites were characterized using scanning electron microscopy in order to obtain information on the dispersion of MWCNT in the polymeric matrix. In case of 1.2 wt% of MWCNTs in the matrix, strength and modulus of the composite increased by 12.1% and 164.3%, respectively. In addition, the dispersion of MWCNTs in the PCL matrix resulted in substantial decrease of the electrical resistivity of the composites as the MWCNTs loading was increased from 0 to 2.0 wt%. Furthermore, thermal stability of the PCL and PCL/MWCNTs-COOH composites were investigated using the data acquired from the thermogravimetric analysis. The detailed kinetics of the thermal degradation of the composites was investigated by analyzing their thermal behavior at different heating rates in a nitrogen atmosphere. Activation energy of thermal degradation was determined by using the equations proposed by Kissinger and Flynn-Wall-Ozawa. The apparent activation energy of PCL/MWCNTs-COOH composite was considerably higher than that of neat PCL.
The thermal bonding PET fabrics were produced through high temperature steaming (HTS) of low melting PET yarn as warp and composite fancy yarn containing low melting PET yarn as weft. The low melting PET yarn of sheath-core structure consisted of a regular PET in core portion and low melting PET in sheath portion. The composite fancy yarn consisted of regular PET yarn as inner part and effect part and low melting PET yarn as binding part. This study was carried out to investigate the melting behavior of thermal bonded PET fabric, the effect of HTS on the thermal bonding, mechanical properties, and dyeing properties. The melting peak of low melting PET yarn showed two melting peaks caused by sheath-core structure. Almost the entire thermal bonding of the fancy PET fabrics containing low melting PET yarn has formed at $200^{\circ}C{\times}3min$ of HTS. The tensile strength in warp and weft direction of the fancy PET fabrics slightly decreased as temperature of HTS increased. The total K/S value of the fancy PET fabrics decreased slightly to $180^{\circ}C{\times}3min$ of HTS, while increased slightly above $200^{\circ}C{\times}3min$ of HTS. The changes in the hue angle ($H^{\circ}$) of the thermal bonded fancy PET fabrics dyed with disperse dyes hardly ever happened.
The purpose of this study is to investigate geometric effect on the contact stress at a lip seal. The geometries of interest were angle, thickness of lip seal and width of contact surface. The contact stress was calculated by using a coupled thermo-mechanical analysis method. The friction thermal load between lip seal and sleeve was adopted to design load. Based on the FEA results, design variables for controlling the maximum contact stress at the lip seal were identified.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.4
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pp.416-424
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2016
A robust design of head gasket is pursued by using FEA model of engine assembly. Engine assembly model consists of cylinder head, block, gasket, and head bolt is constructed to understand a complex behavior of this engine compound. Thermal loading is performed on the assembled engine cylinder and block to obtain temperature field. Firing load is added to the results of heat transfer analysis to simulate the engine operation condition. Temperature filed results from heat transfer analysis are mapped into the structural mesh. Contact pressure distribution along the bead has been monitored for the engine operation condition. Based on the results obtained from the analysis, Taguchi method has been adopted for a robust design process of head gasket. Among the control factors, bolt size affects most robustness of head gasket sealing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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