Effects of temperature dependent material properties on mixed mode fracture parameters of functionally graded materials subjected to thermal loading are investigated. A domain form of the $J_k$-integral method including temperature-dependent material properties and its numerical implementation using finite element analysis is presented. Temperature and displacement fields are calculated using finite element analysis and are used to compute mixed mode stress intensity factors using the $J_k$-integral. Numerical results indicate that temperature-dependency of material properties has considerable effect on the mixed-mode stress intensity factors of cracked functionally graded structures.
We investigated the temperature-dependent photoluminescence spectroscopy of colloidal InZnP/ZnSe/ZnS (core/shell/shell) quantum dots with varying ZnSe and ZnS shell thickness in the 278~363 K temperature range. Temperature-dependent photoluminescence of the InZnP-based quantum dot samples reveal red-shifting of the photoluminescence peaks, thermal quenching of photoluminescence, and broadening of bandwidth with increasing temperature. The degree of band-gap shifting and line broadening as a function of temperature is affected little by shell composition and thickness. However, the thermal quenching of the photoluminescence is strongly dependent on the shell components. The irreversible photoluminescence quenching behavior is dominant for thin-shell-deposited InZnP quantum dots, whereas thick-shelled InZnP quantum dots exhibit superior thermal stability of the photoluminescence intensity.
This paper develops a four-unknown refined plate theory and the Galerkin method to investigate the size-dependent stability behavior of functionally graded material (FGM) under the thermal environment and the FGM having temperature-dependent material properties. In the current study two scale coefficients are considered to examine buckling behavior much accurately. Reuss micromechanical scheme is utilized to estimate the material properties of inhomogeneous nano-size plates. Governing differential equations, classical and non-classical boundary conditions are obtained by utilizing Hamiltonian principles. The results showed the high importance of considering temperature-dependent material properties for buckling analysis. Different influencing parametric on the buckling is studied which may help in design guidelines of such complex structures.
In this work, we consider a problem in the context of thermoelectric materials with memory-dependent derivative for a half space which is assumed to have variable thermal conductivity depending on the temperature. The Lamé's modulii of the half space material is taken as a function of the vertical distance from the surface of the medium. The surface is traction free and subjected to a time dependent thermal shock. The problem was solved by using the Laplace transform method together with the perturbation technique. The obtained results are discussed and compared with the solution when Lamé's modulii are constants. Numerical results are computed and represented graphically for the temperature, displacement and stress distributions. Affectability investigation is performed to explore the thermal impacts of a kernel function and a time-delay parameter that are characteristic of memory dependent derivative heat transfer in the behavior of tissue temperature. The correlations are made with the results obtained in the case of the absence of memory-dependent derivative parameters.
The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.
Zarandi, Somayeh Bagherinejad;Lai, Hsiang-Wei;Wang, Yun-Che;Aizikovich, Sergey M.
Coupled systems mechanics
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제8권3호
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pp.273-287
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2019
Elastoplastic analysis of an annular disc, being fully constrained on its outer rim and interacting with a purely elastic inclusion perfectly bonded with its inner rim, is conducted to study its plastic deformation and residual stress under thermal cycles. The system is termed the composite disc. Quasi-static plane-strain deformation is assumed, and the von Mises yield criterion with or without the Ludwik hardening rule is adopted in our finite element calculations. Effects of multiple material properties simultaneously being temperature dependent on the plastic behavior of the composite disc are considered. Residual stress is analyzed from a complete loading and unloading cycle. Results are discussed for various inclusion radii. It is found that when temperature dependent material properties are considered, the maximum residual stress may be greater than the maximum stress inside the disc at the temperature-loaded state due to lower temperature having larger yield stress. Temperature independent material properties overestimate stresses inside materials, as well as the elastic irreversible temperature and plastic collapse temperature.
Nanocrystalline (NC) Ni electrodeposits (EDs) with a mean grain size of $34{\pm}12nm$ has been investigated, from room temperature to $800^{\circ}C$ under a purge gas of argon, by both non-isothermal and isothermal differential scanning calorimetry measurements, in combination with characterization of temperature-dependent microstructural evolution. A significant exothermic peak resulting from superimposition of recrystallization and surface oxidation occurs between 340 and $745^{\circ}C$ at a heating rate of $10^{\circ}C/min$ for the NC Ni EDs. The temperatures for recrystallization and oxidation increase with increasing the heating rate. In addition, recrystallization leads to a profound brittle-ductile transition of the Ni EDs in a narrow range around the peak temperature for the recrystallization.
New method for evaluation of heat transfer coefficient is proposed. In general, many researchers have been studied about inverse problem in order to calculate the heat transfer coefficient on three-dimensional heat conduction problem. But they can get the time-dependent heat transfer coefficient only through inverse problem. In order to acquire temperature-dependent heat transfer coefficient, it requires much time for numerous repetitive calculation and inconvenient manual modification. In order to solve these problems, we are using the SQP(Sequential Quadratic Programming) as an optimization algorithm. When the temperature history is given by experiment, the optimization algorithm can evaluate the temperature-dependent heat transfer coefficient with automatic repetitive calculation until difference between calculated temperature history and experimental ones is minimized. Finally, temperature-dependent heat transfer coefficient evaluated by developed program can used on various heat transfer problem.
An investigation on the thermal buckling resistance of simply supported FGM beams having parabolic-concave thickness variation and temperature dependent material properties is presented in this paper. An analytical formulation based on the first order beam theory is derived and the governing differential equation of thermal stability is solved numerically using finite difference method. a function of thickness variation is introduced which controls the parabolic variation intensity of the beam thickness without changing its original material volume. The results showed the high importance of taking into account the temperature-dependent material properties in the thermal buckling analysis of such critical beam sections. Different Influencing parametric on the thermal stability are studied which may help in design guidelines of such complex structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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