This paper is focused on the delamination analysis of a multilayered beam structure loaded in torsion under strain-path control. The beam under consideration has a rectangular cross-section. The layers of the beam are made of different viscoelastic materials which exhibit continuous inhomogeneity in longitudinal direction. Since the delamination is located inside the beam structure, the torsion moments in the two crack arms are obtained by modeling the beam as an internally static undetermined structure. The strain energy stored in the beam is analyzed in order to derive the strain energy release rate (SERR). Since the delamination is located inside the beam, the delamination has two tips. Thus, solutions of the SERR are obtained for both tips. The solutions are verified by analyzing the beam compliance. Delamination analysis with bending-torsion coupling is also performed. The solutions derived are timedependent due to two factors. First, the beam has viscoelastic behavior and, second, the angle of twist of the beam-free end induced by the external torsion moment changes with time according to a law that is fixed in advance.
The problem considered in this theoretical paper is the delamination of a multilayered inhomogeneous beam structure that has viscoelastic behaviour under angle of twist, horizontal and vertical displacements which vary smoothly with time according to prescribed laws. The cross-section of the beam is a rectangle. The layers are made of different materials which are smoothly inhomogeneous along the length of the beam. The beam under consideration represents statically undetermined structure since it is clamped in its two ends. The problem of the strain energy release rate is solved. For this purpose, the strain energy stored in the beam structure is analyzed. In order to verify the solution obtained, the strain energy release rate is found also analyzing the time-dependent compliances of the beam under prescribed angle of twist and displacements. A parametric investigation is carried-out by applying the solution obtained. Special attention is paid to the effect of the parameters which control the variation of the angle of twist and the displacements with time on the strain energy release rate.
In this paper, soil-structure interaction analysis has been presented for beams resting on multilayered geosynthetic-reinforced granular fill-soft soil system. The soft soil and geosynthetic reinforcements are idealized as nonlinear springs and elastic membranes, respectively. The governing differential equations are solved by finite difference technique and the results are presented in non-dimensional form. It is observed from the study that use of geosynthetic reinforcement is not very effective for maximum settlement reduction in case of very rigid beam. Similarly the reinforcements are not effective for shear force reduction if the granular fill has very high shear modulus value. However, multilayered reinforced system is very effective for bending moment and differential settlement reduction.
Yang Bo;Qing Wang;Jinyu Wang;Yan, Cai;Wencheng Yue;Shuxiao Wang;Wei Wang;Mingbin Yu
Current Optics and Photonics
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제7권2호
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pp.157-165
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2023
We propose a highly directional waveguide grating antenna for an optical phased array, achieving high directionality of more than 97% by interleaving the trenches with different etching depths in the silicon nitride layer, and adopting a multilayered structure. Meanwhile, the multilayered structure reduces the perturbation strength, which enables a centimeter-scale radiation length. The beam-steering range is 13.2°, with a wavelength bandwidth of 100 nm. The 1-dB bandwidth of the grating is 305 nm. The multilayered grating structure has a large tolerance to the fabrication variation and is compatible with CMOS fabrication techniques.
Delamination of multilayered inhomogeneous beam that exhibits non-linear relaxation behavior is analyzed in the present paper. The layers are inhomogeneous in the thickness direction. The dealamination crack is located symmetrically with respect to the mid-span. The relaxation is treated by applying a non-linear stress-straintime constitutive relation. The material properties which are involved in the constitutive relation are distributed continuously along the thickness direction of the layer. The delamination is analyzed by applying the J-integral approach. A time-dependent solution to the J-integral that accounts for the non-linear relaxation behavior is derived. The delamination is studied also in terms of the time-dependent strain energy release rate. The balance of the energy is analyzed in order to obtain a non-linear time-dependent solution to the strain energy release rate. The fact that the strain energy release rate is identical with the J-integral value proves the correctness of the non-linear solutions derived in the present paper. The variation of the J-integral value with time due to the non-linear relaxation behavior is evaluated by applying the solution derived.
The objective of this article is investigation of dynamic response of thick multilayer functionally graded (FG) beam under generalized dynamic forces. The plane stress problem is exploited to describe the constitutive equation of thick FG beam to get realistic and accurate response. Applied dynamic forces are assumed to be sinusoidal harmonic, sinusoidal pulse or triangle in time domain and point load. Equations of motion of deep FG beam are derived based on the Hamilton principle from kinematic relations and constitutive equations of plane stress problem. The numerical finite element procedure is adopted to discretize the space domain of structure and transform partial differential equations of motion to ordinary differential equations in time domain. Numerical time integration method is used to solve the system of equations in time domain and find the time responses. Numerical parametric studies are performed to illustrate effects of force type, graduation parameter, geometrical and stacking sequence of layers on the time response of deep multilayer FG beams.
In this study, free vibration analysis of an edge cracked multilayered symmetric sandwich beams made of functionally graded materials are investigated. Modelling of the cracked structure is based on the linear elastic fracture mechanics theory. Material properties of the functionally graded beams change in the thickness direction according to the power and exponential laws. To represent functionally graded symmetric sandwich beams more realistic, fifty layered beam is considered. Composition of each layer is different although each layer is isotropic and homogeneous. The considered problem is carried out within the Timoshenko first order shear deformation beam theory by using finite element method. A MATLAB code developed to calculate natural frequencies for clamped and simply supported conditions. The obtained results are compared with published studies and excellent agreement is observed. In the study, the effects of crack location, depth of the crack, power law index and slenderness ratio on the natural frequencies are investigated.
Ion beam assisted deposition(IBAD) technique was used to synthesize hard coatings including diamond-like carbon(DLC), carbon nitride(CN) and metal-ceramic multilayered films. It was found that DLC films formed at low energy ion bombardment possess more $Sp^3$ bonds and much higher hardness. The films exhibited an excellent wear resistance. Nanometer multialyered Fe/TiC films was deposited by ion beam sputtering. The structure and properties were strongly dependent on the thickness of the individual layers and modulation wave length. It was disclosed that both hardness and toughness of the films could be enhanced by adjusting the deposition parameters. The CN films synthesized by IBAD method consisted of tiny crystallites dispersed in amorphous matrix, which were identified by electron diffraction pattern to be $\beta -C_3N_4$.
In order to fabricate uncooled IR sensors for pyroelectric applications, multilayered thin films of Pt/PbTiO$_3$/Pt/Ti/Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/Si and thermally isolating membrane structures of square-shaped/cantilevers-shaped microstructures were prepared. Cavity was also fabricated via direct silicon wafer bonding and etching technique. Metallic Pt layer was deposited by ion beam sputtering while PbTiO$_3$ thin films were prepared by sol-gel technique. Micromachining technology was used to fabricate microstructured-membrane detectors. In order to avoid a difficulty of etching active layers, silicon-nitride membrane structure was fabricated through the direct bonding and etching of the silicon wafer. Although multilayered thin film deposition and device fabrications were processed independently, these could b integrated to make IR micro-sensor devices.
We have studied magnetic properties of Co/Pt multilayered films which have attracted great interest as high-density magneto-optical (MO) recording media due to their good MO properties. For this study, [Pt(45 )/Co(35 )]$\times$8 films were deposited with a Pt buffer layer of 60 on Si(100) substrate by alternating electron-beam evaporation in a high vacuum and were ion beam mixed by using 80keV Ar+ at 25$0^{\circ}C$. Especially, an external magnetic field was added to help changing magnetic property during ion beam mixing (IBM). The intermixing of Co and Pt layers after IBM was confirmed with Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The MO property of the film was measured with magneto-optical Kerr spectrometer and the change of magnetic easy axis in the film plane was observed from Ker loop data. This anomalous result might be correlated with the change of atomic structure due to the intermixing effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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