A new analytical buckling solution of a thermo-electro-magneto-elastic (TEME) cylindrical nano-shell made of BiTiO3-CoFe2O4 materials is obtained based on Hamiltonian approach. The Winkler and Pasternak elastic foundations as well as thermo-electro-magneto-mechanical loadings are applied, and two different types of edge conditions are taken into the investigation. According to nonlocal strain gradient theory (NSGT) and surface elasticity theory in conjunction with the Kirchhoff-Love theory, governing equations of the nano-shell are acquired, and the buckling bifurcation condition is obtained by adopting the Navier's method. The detailed parameter study is conducted to investigate the effects of axial and circumferential wave numbers, scale parameters, elastic foundations, edge conditions and thermo-electro-magnetic loadings on the buckling behavior of the nano-shell. The proposed model can be applied in design and analysis of TEME nano components with multi-field coupled behavior, multiple edge conditions and scale effect.
In the present study, thermo-electro-mechanical vibration characteristics of functionally graded piezoelectric (FGP) Timoshenko nanobeams subjected to in-plane thermal loads and applied electric voltage are carried out by presenting a Navier type solution for the first time. Three kinds of thermal loading, namely, uniform, linear and non-linear temperature rises through the thickness direction are considered. Thermo-electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to vary smoothly and continuously throughout the thickness based on power-law model. Eringen's nonlocal elasticity theory is exploited to describe the size dependency of nanobeam. Using Hamilton's principle, the nonlocal equations of motion together with corresponding boundary conditions based on Timoshenko beam theory are obtained for the free vibration analysis of graded piezoelectric nanobeams including size effect and they are solved applying analytical solution. According to the numerical results, it is revealed that the proposed modeling can provide accurate frequency results of the FGP nanobeams as compared to some cases in the literature. In following a parametric study is accompanied to examine the effects of several parameters such as various temperature distributions, external electric voltage, power-law index, nonlocal parameter and mode number on the natural frequencies of the size-dependent FGP nanobeams in detail. It is found that the small scale effect and thermo-electrical loading have a significant effect on natural frequencies of FGP nanobeams.
This paper reviews the current development of an ultra-slim SiP for Radio Frequency (RF) application, in which three flip chips, additional passive components and Surface Acoustic Wave (SAW) filters are integrated side-by-side. A systematic investigation is carried out for the design optimization, process and reliability improvement of the package, which comprises several aspects: a design study based on the 3D thermo-mechanical finite element analysis of the packaging, the determination of stress, warpage distribution, critical failure zones, and the figuration of the effects of material properties, process conditions on the reliability of package. The optimized material sets for manufacturing process were determined which can reduce the number of testing samples from 75 to 2. In addition the molded underfilling (MUF) process is proposed which not only saves one manufacturing process, but also improves the thermo-mechanical performance of the package compared with conventional epoxy underfilling process. In the end, JEDEC's moisture sensitivity test, thermal cycle test and pressure cooker tests have also been carried out for reliability evaluation. The test results show that the optimized ultra-slim SiP has a good reliability performance.
To peruse the free vibration of curved functionally graded piezoelectric (FGP) nanosize beam in thermal environment, nonlocal elasticity theory is applied for modeling the nano scale effect. The governing equations are obtained via the energy method. Analytically Navier solution is employed to solve the governing equations for simply supported boundary conditions. Solving these equations enables us to estimate the natural frequency for curved FGP nanobeam under the effect of a uniform temperature change and external electric voltage. The results determined are verified by comparing the results by available ones in literature. The effects of various parameters such as nonlocality, uniform temperature changes, external electric voltage, gradient index, opening angle and aspect ratio of curved FGP nanobeam on the natural frequency are successfully discussed. The results revealed that the natural frequency of curved FGP nanobeam is significantly influenced by these effects.
The Micro circular diaphragm (MCD) is the mechanical actuator part used in the micro electro-mechanical sensors (MEMS) that combine electrical and mechanical components. These actuators are working under harsh mechanical and thermal conditions, so it is very important to study the mechanical and thermal behaviors of these actuators, in order to do with its function successfully. The objective of this paper is to determine the thermo-mechanical behavior of MCD by developing the traditional bulge test technique to achieve the aims of this work. The specimen is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on diaphragm and then clamped between two plates, a differential pressure (P) and temperature ($T_b$) is leading to a deformation of the MCD. Analytical formulation of developed bulge test technique for MCD thermo-mechanical characterization was established with taking in-to account effect of the residual strength from pre-stressed loading. These makes the plane-strain bulge test ideal for studying the mechanical and thermal behavior of diaphragm in both the elastic and plastic regimes. The differential specimen thickness due to bulge effect to describe the mechanical behavior, and the temperature effect on the MCD material properties to study the thermal behavior under deformation were discussed. A finite element model (FEM) can be extended to apply for investigating the reliability of the proposed bulge test of MCD and compare between the FEM results and another one from analytical calculus. The results show that, the good convergence between the finite element model and analytical model.
The optimization for dynamic response associated with a cylindrical shell which is made of laminated composites embedded in a piezoelectric layer which is subjected to temperature rises and is resting on an elastic foundation is investigated for the first time. The first shear order theory (FSDT) is utilized in order to obtain the strain relations of the shell. Then, using the energy method, the equations of motions as well as boundary condition of the problem are attained. The formulation of this study together with the solution procedure which is a numerical solution method, differential quadrature method (DQM) is validated using other researches. This paper presents a thorough study on the parameters which impacts the vibration frequency of the laminated shell. The results of this paper shows that any type of laminated composite shell can reduce the vibration frequency providing that the angle related to layer are higher than 85 degrees. Also, in order to reduce the effect of temperature rises, the laminated composites instead of orthotropic one can be used.
Under thermal environment, Magneto-Electro-Elastic (MEE) material exhibits pyroelectric and pyromagnetic effects which can be used for enhancing the performance of MEE sensors. Recently studies have been published on material constants such as pyroelectric constant and pyromagnetic constant for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the main aim of this paper is to study the pyroelectric and pyromagnetic effects on behavior of MEE plate under different boundary conditions subjected to uniform temperature. A numerical study is carried out using eight noded brick finite element under uniform temperature rise of 100 K. The study focused on the pyroelectric and pyromagnetic effects on system parameters like displacements, thermal stresses, electric potential, magnetic potential, electric displacements and magnetic flux densities. It is found that, there is a significant increase in electric potential due to the pyroelectric and pyromagnetic effects. These effects are visible on electric and magnetic potentials when CFFC and FCFC boundary conditions are applied. Additionally, the pyroelectric and pyromagnetic effects at free edge is dominant (nearly thrice the value in CFFC in comparison with FCFC) than at middle of the plate. This study is a significant contribution to sensor applications.
Recently, high performance microelectronic devices are designed in multi-layer structure in order to make dense wiring of metal conductors in compact size. Imprint lithography have received significant attention due to an alternative technology for photolithography on such devices. In this work, we synthesized dielectric composite materials based on epoxy resin, and investigated their thermal stabilities and dynamic mechanical properties for thermal imprint lithography. In order to enhance the mechanical properties and toughness of dielectric material, various modified polyetherimide(PEI) was applied in the resin system. Curing behaviours, thermal stabilities, and dynamic mechanical properties of the dielectric materials cured with various conditions were studied using dynamic differential scanning calorimetry (DSC), thermo gravimetric analysis (TGA), and Universal Test Method (INSTRON).
In this article, the static responses of layered magneto-electro-thermo-elastic (METE) plates in thermal environment have been investigated through FE methods. By using Reddy's third order shear deformation theory (TSDT) in association with the Hamilton's principle, the direct and derived quantities of the coupled system have been obtained. The coupled governing equations of METE plates have been derived through condensation technique. Three layered METE plates composed of piezoelectric and piezomagnetic phases are considered for evaluation. For investigating the correctness and accuracy, the results in this article are validated with previous researches. In addition, a special attention has been paid to evaluate the influence of different electro-magnetic boundary conditions and pyrocoupling on the coupled response of METE plates. Finally, the influence of stacking sequences, magnitude of temperature load and aspect ratio on the coupled static response of METE plates are investigated in detail.
This article presents a semi-analytical solution for an exponentially graded piezoelectric hollow sphere. The sphere interacts with electric displacement, elastic deformations, electric potentials, magneto-thermo-elasticity, and hygrothermal influences. The hollow sphere may be standing under both mechanical and electric potentials. Electro-magneto-elastic behavior of magnetic field vector can be described in the hollow sphere. All material, thermal and magnetic properties of hollow sphere are supposed to be graded in radial direction. A semi-analytical technique is improved to deduce all fields in which different boundary conditions for radial stress and electric potential are presented. Numerical examples for radial displacement, radial and hoop stresses, and electric potential are investigated. The influence of many parameters is studied. It is seen that the gradation of all material, thermal and magnetic properties has particular effectiveness in many applications of modern technology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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