This disquisition proposes a nonlocal strain gradient beam theory for thermo-mechanical dynamic characteristics of embedded smart shear deformable curved piezoelectric nanobeams made of porous electro-elastic functionally graded materials by using an analytical method. Electro-elastic properties of embedded curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary through the thickness direction of beam according to the power-law which is modified to approximate material properties for even distributions of porosities. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, so in this study thermo-mechanical vibration analysis of curve FG piezoelectric nanobeam by considering the effect of these imperfections is performed. Nonlocal strain gradient elasticity theory is utilized to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field. The governing equations and related boundary condition of embedded smart curved porous FG nanobeam subjected to thermal and electric 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 piezoelectric nanobeam resting on Winkler and Pasternak foundation. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, electric voltage, coefficient of porosity, elastic foundation parameters, thermal effect, gradient index, strain gradient, elastic opening angle and slenderness ratio on the natural frequency of embedded curved FG porous piezoelectric nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play important 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.
Rabab, Shanab;Salwa, Mohamed;Mohammed Y., Tharwan;Amr E., Assie;Mohamed A., Eltaher
Steel and Composite Structures
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v.45
no.5
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pp.729-747
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2022
The critical buckling loads and buckling modes of bi-directional functionally graded porous unified higher order shear plate with elastic foundation are investigated. A mathematical model based on neutral axis rather than midplane is developed in comprehensive way for the first time in this article. The material constituents form ceramic and metal are graded through thickness and axial direction by the power function distribution. The voids and cavities inside the material are proposed by three different porosity models through the thickness of plate. The constitutive parameters and force resultants are evaluated relative to the neutral axis. Unified higher order shear plate theories are used to satisfy the zero-shear strain/stress at the top and bottom surfaces. The governing equilibrium equations of bi-directional functionally graded porous unified plate (BDFGPUP) are derived by Hamilton's principle. The equilibrium equations in the form of coupled variable coefficients partial differential equations is solved by using numerical differential integral quadrature method (DIQM). The validation of the present model is presented and compared with previous works for bucking. Deviation in buckling loads for both mid-plane and neutral plane are developed and discussed. The numerical results prove that the shear functions, distribution indices, boundary conditions, elastic foundation and porosity type have significant influence on buckling stability of BDFGPUP. The current mathematical model may be used in design and analysis of BDFGPU used in nuclear, mechanical, aerospace, and naval application.
In geological engineering, grouting with Portland cement is a common technique for ground improvement, during which micro-fine cement is applied as a slurry, such that it intrudes into soil voids and decreases soil porosity. To determine the utility and behavior of cements with different Blaine values (index of cement particle fineness) for stabilization of fine sand, non-destructive and destructive tests were employed, such as laser-ray determination of grain size distribution, and sedimentation, permeability, and compressive strength tests. The results of the experimental study demonstrated a suitable mix design for the upper and lower regions of the cement-grading curve that are important for grouting and stabilization. Increasing the fineness of the cement decreased the permeability and increased the compressive strength of grouted sand samples considerably after two weeks. Moreover, relative to finer (higher Blaine value) or coarser (lower Blaine value) cements, cement with a Blaine value of $5,100cm^2/g$ was optimal for void reduction in a grouted soil mass. Overall, study results indicate that cement with an optimum Blaine value can be used to satisfy the designed geotechnical criteria.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.819-823
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1996
In the large steel ingosts, void defects exhibiting microvoid shapes are inevitably formed in the V-segregation zone of the ingots during solidification. In the hot open-die forging process, material properties are improved by eliminating internal porosity. The void size is practically very small as compared with the huge large ingot. Thus, for deformation analysis of a large ingot, a massive number of elements are needed in order to describe a void surface and to uniform mesh sturcture. In the present work the Global/Local scheme has been introduced in order to reduce the computational time and to easily generate the mesh system as a void module of local mesh for obtaining the accurate solution around a void. The procedure of the global- local method consists of two steps. In the first step global analysis is carried out which seeks a reasonably good solution with a cpurse mesh system without describing a void. Then, a local analysis is performed locally with a fine mesh system under the size-criterion of a local region. The computational time has been greatly reduced. Though the work it has been shown that large ingot forging incorporation small voids can be effectively analyzed by using the proposed Global/Local scheme.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1997.10a
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pp.183-190
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1997
The wear behaviors of $Al_2O_3-40%TiO_2$ deposited on casting aluminum alloy(ASTM A356) by plasma spray against SiC ball have been investigated experimentally. Friction and wear tests are carried out at room temperature. The friction coefficient of $Al_2O_3-40%TiO_2$ coating is lower than that of pure $Al_2O_3$ coating(APS). It is found that low friction correspond to low wear and high friction to high wear in the experimental result. The thickness of $Al_2O_3-40%TiO_2$ coatings indicated the existence of the optimal coating thickness. It is found that a voids and porosities of coating surface result in the crack generated. As the tensile stresses in coating increased with the increased friction coefficient. The columnar grain of coating will be fractured to achieve the critical stress. It is found that the cohesive of splats and the porosity of surface play a role in wear characteristics. It is suggested that the mismatch of thermal expansion of substrate and coating play an important role in wear performance. Tensile and compressire under thermo-mechanical stress may be occurred by the mismatch between thermal expansion of substrate and coating. This crack propagation above interface is observed in SEM.
The wear behavior of $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$deposited on casted aluminum alloy (ASTM A356) by APS (Air Plasma Spray) against SiC ball has been investigated in this work. Wear tests were carried out at room temperature. The friction coefficient of $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$coating is lower than that of pure $Al_2$O$_3$coating(APS). $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$coating indicated the existence of the optimal coating thickness. It is found that voids and pores of coating surface resulted in the generation of cracks, and the cohesive of splats and the porosity of surface play a role in wear characteristics. It is suggested that the mismatch of thermal expansion of substrate and coating play an important role in wear performance. Tension and compression under thermo-mechanical stress may be occurred by the mismatch between thermal expansion of substrate and coating. The crack propagation above interface is observed in SEM.
Kim, Chul-Hwan;Song, Dae-Bin;Lee, Young-Min;Kim, Jae-Ok;Kim, Gyeong-Yun;Shin, Tae-Gi;Park, Chong-Yawl
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2006.06b
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pp.475-478
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2006
Environment-friendly shock-absorbing materials were made using a vacuum forming method from waste wood collected from local mountains in Korea. The waste wood was pulped by thermomechanical pulping. The TMP cushions showed superior shock-absorbing properties with lower elastic moduli compared to EPS and pulp mold. Even though the TMP cushions made using different suction times had many free voids in their inner fiber structure, their apparent densities were a little higher than EPS and much lower than pulp mold. The addition of cationic starch improved the elastic modulus of the TMP cushions without increasing the apparent density, which was different from surface sizing with starch. The porosity of the TMP cushions was a little greater than EPS and much less than pulp mold. Finally, the TMP cushions have great potential to endure external impacts occurring during goods distribution.
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.21
no.1
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pp.37-44
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2019
Recently, various tourist products using hanok have increased rapidly. In the meantime, there is a steady demand for Hanok architecture. However, there are many negative perceptions about wood deformation and biodeterioration. Wood deformation and biodeterioration are related to moisture content. And the cracks occur in the process of removing water from the wood. Therefore, this study investigates the moisture content and cracks of dried hanok made of wood according to the drying method of wood. Drying methods include natural seasoning and artificial seasoning. There was a difference in moisture removal depending on drying period and method of natural seasoning. Drying time should be about 3 years for natural seasoning, so the moisture content of the wood is stable. In addition, the moisture absorption rate was low even in a humid environment where the voids were removed. However, natural seasoning is time consuming. Artificial seasoning, on the other hand, can quickly remove moisture from the wood and reduce porosity, but it is costly. Cracks that occur during the drying of wood may become problematic in appearance and stability due to wider spacing over time. As a result, the difference in the moisture content of the timber depending on the drying method and drying period of the wood was maintained even after the formation. These gaps appeared to be differences in moisture absorption in a wet environment.
The critical buckling temperature rise of a newly proposed piezoelectrically active sandwich plate (ASP) has been investigated in this work. This structure includes a porous polymeric layer integrated between two piezoelectric nanocomposite layers. The piezoelectric material is made of a passive polymeric material that is activated by lead-free nanowires (NWs) of zinc oxide (ZnO) embedded inside the matrix. In both nanocomposite layers and porous core, functional graded (FG) patterns have been considered for the distributions of ZnO NWs and voids, respectively. By adopting a higher-order theory of plates, the governing equations of thermal buckling are obtained. This set of equations is then treated using an extended mesh-free solution. The effects of plate dimensions, porosity states, and the nanowire parameters have been investigated on the critical buckling temperature rises of the proposed lightweight ASPs with different boundary conditions. The results disclose that the use of porosities in the core and/or mixing ZnO NWs in the face sheets substantially arise the critical buckling temperatures of the newly proposed active sandwich plates.
Mohamed, Salwa;Assie, Amr E.;Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.305-330
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2022
This article aims to investigate the static deflection and stress analysis of bi-directional functionally graded porous plate (BDFGPP) modeled by unified higher order kinematic theories to include the shear stress effects, which not be considered before. Different shear functions are described according to higher order models that satisfy the zero-shear influence at the top and bottom surfaces, and hence refrain from the need of shear correction factor. The material properties are graded through two spatial directions (i.e., thickness and length directions) according to the power law distribution. The porosities and voids inside the material constituent are described by different cosine functions. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equilibrium equation of bi-directional FG porous plate structures. An efficient numerical differential integral quadrature method (DIQM) is exploited to solve the coupled variable coefficients partial differential equations of equilibrium. Problem validation and verification have been proven with previous prestigious work. Numerical results are illustrated to present the significant impacts of kinematic shear relations, gradation indices through thickness and length, porosity type, and boundary conditions on the static deflection and stress distribution of BDFGP plate. The proposed model is efficient in design and analysis of many applications used in nuclear, mechanical, aerospace, naval, dental, and medical fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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