The present article examines the static response of multilayered magneto-electro-elastic (MEE) beam in thermal environment through finite element (FE) methods. On the basis of the minimum total potential energy principle and the coupled constitutive equations of MEE material, the FE equilibrium equations of cantilever MEE beam is derived. Maxwell's equations are considered to establish the relation between electric field and electric potential; magnetic field and magnetic potential. A simple condensation approach is employed to solve the global FE equilibrium equations. Further, numerical evaluations are made to examine the influence of different in-plane and through-thickness temperature distributions on the multiphysics response of MEE beam. A parametric study is performed to evaluate the effect of stacking sequence and different temperature profiles on the direct and derived quantities of MEE beam. It is believed that the results presented in this article serve as a benchmark for accurate design and analysis of the MEE smart structures in thermal applications.
Asrari, Reza;Ebrahimi, Farzad;Kheirikhah, Mohammad Mahdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.659-674
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2020
The present paper employs nonlocal strain gradient theory (NSGT) to study buckling behavior of functionally graded magneto-electro-thermo-elastic (FG-METE) nanoshells under various physical fields. NSGT modeling of the nanoshell contains two size parameters, one related to nonlocal stress field and another related to strain gradients. It is considered that mechanical, thermal, electrical and magnetic loads are exerted to the nanoshell. Temperature field has uniform and linear variation in nanoshell thickness. According to a power-law function, piezo-magnetic, thermal and mechanical properties of the nanoshell are considered to be graded in thickness direction. Five coupled governing equations have been obtained by using Hamilton's principle and then solved implementing Galerkin's method. Influences of temperature field, electric voltage, magnetic potential, nonlocality, strain gradient parameter and FG material exponent on buckling loads of the FG-METE nanoshell have been studied in detail.
Thermal bifurcation buckling behavior of fully clamped Euler-Bernoulli nanobeam built of a through thickness functionally graded material is explored for the first time in the present paper. The variation of material properties of the FG nanobeam are graded along the thickness by a power-law form. Temperature dependency of the material constituents is also taken into consideration. Eringen's nonlocal elasticity model is employed to define the small-scale effects and long-range connections between the particles. The stability equations of the thermally induced FG nanobeam are derived via the principal of the minimum total potential energy and solved analytically for clamped boundary conditions, which lead for more accurate results. Moreover, the obtained buckling loads of FG nanobeam are validated with those existing works. Parametric studies are performed to examine the influences of various parameters such as power-law exponent, small scale effects and beam thickness on the critical thermal buckling load of the temperature-dependent FG nanobeams.
The present paper deals with the analytical solution of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder in the magnetic field under mechanical, thermal and electrical loads. All mechanical, thermal and electrical properties except Poisson ratio can be varied continuously and gradually along the thickness direction of the cylinder based on a power function. The cylinder is assumed to be axisymmetric. Steady state heat transfer equation is solved by considering the appropriate boundary conditions. Using Maxwell electro dynamic equation and assumed magnetic field along the axis of the cylinder, Lorentz's force due to magnetic field is evaluated for non homogenous state. This force can be employed as a body force in the equilibrium equation. Equilibrium and Maxwell equations are two fundamental equations for analysis of the problem. Comprehensive solution of Maxwell equation is considered in the present paper for general states of non homogeneity. Solution of governing equations may be obtained using solution of the characteristic equation of the system. Achieved results indicate that with increasing the non homogenous index, different mechanical and electrical components present different behaviors along the thickness direction. FGP can control the distribution of the mechanical and electrical components in various structures with good precision. For intelligent properties of functionally graded piezoelectric materials, these materials can be used as an actuator, sensor or a component of piezo motor in electromechanical systems.
Minggui Zhou;Gongxing Yan;Danping Hu;Haitham A. Mahmoud
Advances in nano research
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v.16
no.6
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pp.623-638
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2024
This study investigates the thermal post-buckling behavior of concrete eccentric annular sector plates reinforced with graphene oxide powders (GOPs). Employing the minimum total potential energy principle, the plates' stability and response under thermal loads are analyzed. The Haber-Schaim foundation model is utilized to account for the support conditions, while the transform differential quadrature method (TDQM) is applied to solve the governing differential equations efficiently. The integration of GOPs significantly enhances the mechanical properties and stability of the plates, making them suitable for advanced engineering applications. Numerical results demonstrate the critical thermal loads and post-buckling paths, providing valuable insights into the design and optimization of such reinforced structures. This study presents a machine learning algorithm designed to predict complex engineering phenomena using datasets derived from presented mathematical modeling. By leveraging advanced data analytics and machine learning techniques, the algorithm effectively captures and learns intricate patterns from the mathematical models, providing accurate and efficient predictions. The methodology involves generating comprehensive datasets from mathematical simulations, which are then used to train the machine learning model. The trained model is capable of predicting various engineering outcomes, such as stress, strain, and thermal responses, with high precision. This approach significantly reduces the computational time and resources required for traditional simulations, enabling rapid and reliable analysis. This comprehensive approach offers a robust framework for predicting the thermal post-buckling behavior of reinforced concrete plates, contributing to the development of resilient and efficient structural components in civil engineering.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.5
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pp.619-624
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2013
A bendable electronic module is developed. In this module, thin silicon electronic chips are embedded in a polymer-based encapsulating adhesive between flexible copper-clad polyimide layers. During the qualification test of a harshly thermal-hygroscopic complex loading condition, delaminations occur inside the module layers. A finite element model is developed for the module. To investigate the effect of hygroscopic stress on delamination, the results of the thermal and thermal-hygroscopic loads are compared. The analysis results reveal that the hygroscopic effect more strongly affects delamination than does the thermal effect. The potential failure mechanisms of the module are investigated based on the stress analysis.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.3
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pp.147-158
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1997
This paper presents the analysis technique and procedure of main engine components-cylinder block, cylinder liners, gasket and cylinder head-using the finite element method, which aims to assess mainly the potential of lower oil consumption in a view point of engine design and to decide subsequently the accuracy of engine design which was done. The F.E. model of an engine section consisting of one whole cylinder and two adjacent half cylinders is used, whereby the crankcase is cut off at the block bottom deck. By means of a 3-dimensional F.E. model-including cylinder block, liners, gasket, cylinder head, bolts and valve seat rings as separate parts a linear analysis of deformations and stresses was performed for three different loading conditions;assembly, thermal and gas loads. For the analysis of thermal boundary conditions also the temperature field had to be evaluated in a subsequent step.
The blanket plays an important role in fusion reactor and stands extremely high thermal and electromagnetic loads during operation situation and plasma disruption event, brings the need for precise thermal and electromagnetic analysis. Since the thermal field and EM field interact with each other nonlinearly, we develop a method of electromagnetic-thermal two-way coupling by using finite element software COMSOL. The coupling analyses of blanket under steady state and MD event are implemented and the results are analyzed. For steady state, the influences of coupling effects are relatively small but still recommended to be considered for a high precision analysis. The influence of thermal field on EM field can't be ignored under MD events. The variation of force density could cause a significant change in stress in certain parts of blanket. The influence of Joule heat during MD event is negligible, yet the potential temperature rise caused by induced current after MD event still needs to be researched.
The increase in environmental loads and energy consumptions has resulted in the need of developed new forms of energy for a sustainable use for the society. Recently, the viability of using unused energy has attracted a great deal of attention. From the view point of using unused energy, the most critical problem can be referred to as the distance between the heat source/sink and heat demand area. The water resource in the city water system was used to solve this distance problem with unused energy. The calculation method of the potential use unit was used to survey the potential of the water resource in the city water system. The amount of theoretical unused energy and energy savings in the model city were estimated using this method. It is estimated that the amounts of energy savings and $CO_2$ reduction correspond to 131.3 GWh and 29280[t-C], respectively, per annual basis.
The disc-pad brake system is an important part of automobile safety system. During braking, the kinetic energy and potential energies of a moving vehicle are converted into the thermal energy through frictional heat between the brake disc and the pads. Most of the thermal energy dissipated through the brake disc. The temperature could be exceed the critical value for a given material, which leads to undesirable effects, such as the brake fade, premature wear, brake fluid vaporization, bearing failure, thermal cracks, and thermallyexcited vibration. The object of the present study is to investigate temperature field and temperature variation of brake disc and pad during single brake. The brake disc is decelerated at the initial speed with constant acceleration, until the disc comes to stop. The pad-disc brake assembly is built by 3D model with the appropriate boundary condition. In the simulation process, the mechanical loads are applied to the thermomechanical coupling analysis in order to simulate the process of heat produced by friction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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