The current article proposed to develop a geometrical model for the analysis and modelling of the uniaxial functionally graded structure using the higher-order displacement kinematics with and without the presence of porosity including the distribution. Additionally, the formulation is capable of modelling three different kinds of grading patterns i.e., Power-law, sigmoid and exponential distribution of the individual constituents through the thickness direction. Also, the model includes the distribution of porosity (even and uneven kind) through the panel thickness. The structural governing equation of the porous graded structure is obtained (Hamilton's principle) and solved mathematically by means of the isoparametric finite element technique. Initially, the linear frequency parameters are obtained for different geometrical configuration via own computer code. The comparison and the corresponding convergence studies are performed for the unidirectional FG structure for the validation purpose. Finally, the impact of different influencing parameters like aspect ratio (O), thickness ratio (S), curvature ratio (R/h), porosity index (λ), type of porosity (even or uneven), power-law exponent (n), boundary condition on the free vibration characteristics are obtained for the FG panel and discussed in details.
In this paper, free vibration characteristics of a rotating double tapered functionally graded beam is investigated. Material properties of the beam vary continuously through thickness direction according to the power-law distribution of the volume fraction of the constituents. The governing differential equations of motion are derived using the Hamilton's principle and solved utilizing an efficient and semi-analytical technique called the Differential Transform Method (DTM). Several important aspects such as taper ratios, rotational speed, hub radius, as well as the material volume fraction index which have impacts on natural frequencies of such beams are investigated and discussed in detail. Numerical results are tabulated in several tables and figures. In order to demonstrate the validity and accuracy of the current analysis, some of present results are compared with previous results in the literature and an excellent agreement is observed. It is showed that the natural frequencies of an FG rotating double tapered beam can be obtained with high accuracy by using DTM. It is also observed that nondimensional rotational speed, height taper ratio, power-law exponent significantly affect the natural frequencies of the FG double tapered beam while the effects of hub radius and breadth taper ratio are negligible.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.12
no.4
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pp.459-472
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1996
An experimental investigation on the wind flow over smooth bell-shaped two-dimensional hills with hill slopes (the ratio of height to half width) of 0.3 and 0.5 is performed in an atmospheric boundary-layer wind tunnel. Two categories of the models are used in the present investigation; six two-dimensional single-hills, and four continuous double-hills. The measurements of the flow field and surface static-pressure distribution are carried out over the Reynolds number (based on the hill height) of 1.9 $\times 10^4, 3.3 \times 10^4, and 5.6 \times 10^4$. The velocity profiles and turbulence characteristics are measured by the pitot-tube and X-type hot-wire anemometer, respectively. The undisturbed boundary-layer profile on the bottom surface of the wind tunnel is reasonably consistent with the power-law profile with $\alpha = 7.0 (1/\alpha$ is the power-law exponent) and shows good spanwise uniformities. The profiles of turbulent intensity are found to be consistent along the centerline of the wind tunnel. The measured non-dimensional speed-up profiles at the hill crest show good agreements with the predictions of Jackson and Hunt's linear theory. The flow separation occurs in the hill slope of 0.5, and the oil-ink dot method is used to find the reattachment points in the leeside of the hill. The measured reattachment points are compared with the numerical predictions. Comparisons of the mean velocity profiles and surface pressure distributions between the numerical predictions and the experimental results show good agreements.
In the present study, buckling and free vibration analyses of annular thin sector plate made of functionally graded materials (FGMs) resting on visco-elastic Pasternak foundation, subjected to external radial, circumferential and shear in-plane loads is investigated. Material properties are assumed to vary along the thickness according to an power law with Poisson's ratio held constant. First, based on the classical plate theory (CPT), the governing equation of motion is derived using Hamilton's principle and then is solved using the generalized differential quadrature method (GDQM). Numerical results are compared to those available in the literature to validate the convergence and accuracy of the present approach. Finally, the effects of power-law exponent, ratio of radii, thickness of the plate, sector angle, and coefficients of foundation on the fundamental and higher natural frequencies of transverse vibration and critical buckling loads are considered for various boundary conditions. Also, vibration and buckling mode shapes of functionally graded (FG) sector plate have been shown in this research. One of the important obtained results from this work show that ratio of the frequency of FG annular sector plate to the corresponding values of homogeneous plate are independent from boundary conditions and frequency number.
This paper is concerned with the vibration analysis of middle layer cylindrical shell made of functionally graded material. The outer layers and inner layer are composed of functionally graded and isotropic material respectively. The Rayleigh Ritz method is applied to solve the presented shell dynamics equations. Two configurations are constructed with layers distributions. Fundamental natural frequencies of the three layered cylindrical shell is plotted against the circumferential wave number with different power law exponents. The frequency decreases with the increase of power law exponent. The fundamental natural frequencies first decreases and fall down to its minimum value, after frequencies increases with circumferential wave number. This is due to change in the magnitude of extensional and bending energies of the cylindrical shells. The computer software MATLAB has been employed for the computation of presented frequencies and tested the results obtained in order to assess the accuracy and validity of the cylindrical shell model for predicting the vibration frequencies of cylindrical shell.
Theoretical study of vibration distinctiveness of rotating cylindrical are examined for three volume fraction laws viz.: polynomial, exponential and trigonometric. These laws control functionally graded material composition in the shell radius direction. Functionally graded materials are controlled from two or more materials. In practice functionally graded material comprised of two constituent materials is used to form a cylindrical shell. For the current shell problem stainless steel and nickel are used for the shell structure. A functionally graded cylindrical shell is sanctioned into two types by interchanging order of constituent materials from inner and outer side for Type I and Type II cylindrical shell arrangement. Fabric composition of a functionally graded material in a shell thickness direction is controlled by volume fraction law. Variation of power law exponent brings change in frequency values. Influence of this physical change is investigated to evade future complications. This procedure is capable to cater any boundary condition by changing the axial wave number. But for simplicity, numerical results have been evaluated for clamped- simply supported rotating cylindrical shells. It has been observed from these results that shell frequency is bifurcated into two parts: one is related to the backward wave and other with forward wave. It is concluded that the value of backward frequency is some bit higher than that forward frequency. Influence of volume fraction laws have been examined on shell frequencies. Backward and forward frequency curves for a volume fraction law are upper than those related to two other volume fraction laws. The results generated furnish the evidence regarding applicability of present shell model and also verified by earlier published literature.
The effects of duplex-treatment of plasma carburization and CrN coating onto Ti-6Al-4V alloy on its creep properties were investigated by means of a constant stress creep tester. Applying duplex-treatment, specimens having an inner carburized layer of about $150{\mu}m$ in depth and outer CrN layer of about $7.5{\mu}m$ in thickness were prepared. The hardness of duplex-treatment surface was about 1,960 VHN. It also appeared that the duplex-treatment improved the roughness of the surface significantly; $Ra=0.045{\mu}m$ for treated alloy while $Ra=0.321{\mu}m$ for untreated alloy. The steady-state creep behaviors were investigated in a temperature range of $510{\sim}550^{\circ}C$ ($0.42{\sim}0.44T_m$) under an applied stress range of 200~275 MPa. The stress exponent, n, was derived assuming the power law creep behavior. The surface treatment showed a decrease in a value from 9.32 (untreated) to 8.79 (treated). Also the activation energy obtained from an Arrhenius plot increased from 238 to 257 kJ/mol.
The dependence of the tensile properties on variations in the porosity of A356 aluminium alloys was investigated in terms of the quality index of the tensile properties based upon the ultimate tensile strength and elongation as well as the variation of the strength coefficient and strain-hardening exponent with regard to a T6 treatment. The test specimens were prepared by low-pressure die-casting and a subsequent T6 treatment, and the experimental results of a tensile test carried out at room temperature were compared to the theoretical description using a modified constitutive model. The nominal value of the quality index of A356 alloys increases gradually with a lapse of the ageing time upon a T6 treatment, despite the fact that this value is temporarily decreased during the initial stage of ageing from a solutionised condition. Additionally, the quality index depends practically upon the porosity variation with a power law relationship without regard to whether in solutionised or artificial aged conditions. The theoretical description indicates that the strength coefficient directly determines the nominal level of the quality index. Moreover, the overall dependence of the quality index on the porosity variation is remarkably weakened with an increase in the tensile strain, whereas the quality index depends sensitively upon the porosity variation with a low value of the strain-hardening exponent.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.33-37
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2009
Finite-element methods are used to study non-adhesive, frictionless rough contact of elastic and plastic solids. Roughness on spherical surfaces is realized by self-affine fractal. True contact area between the rough surfaces and flat rigid surfaces increases with power law under external normal loads. The power exponent is sensitive to surface roughness as well as the curvature of spherical geometry. Surface contact pressures are analyzed and compared for the elastic and plastic solids. Distributions of local contact pressure are shown dependent on the surface roughness and the yield stress of plastic solids.
Because the interfaces between two different materials are the weak-link in the underground power transmission systems, they affects the stability of insulation systems. In this paper, Epoxy/EPDM interface is selected and investigated the optimum condition by variation of interfacial conditions such as roughness of surface, spreading of oils, interfacial pressure and temperature. The breakdown times under the constant voltage below the breakdown voltage were also gamed. The breakdown voltage at the after laying time equivalent to is calculated by the V-t characteristic and the inverse power law. When this is done. the characteristic life exponent n is used and the long time breakdown voltage can be evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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