The design theory for nanoporous filtration membranes needs to be established. The present study shows that the performance and technical advancement of nanoporous filtration membranes are determined by the fundamental parameter I (in the unit Watt1/2) which is formulated as a function of the shear strength of the liquid-pore wall interface, the radius of the filtration pore, the membrane thickness, and the bulk dynamic viscosity of the flowing liquid. This parameter determines the critical power loss on a single filtration pore for initiating the wall slippage, which is important for the flux of the membrane. It also relates the membrane permeability to the power cost by the filtration pore. It is shown that for biological cellular membranes its values are on the scale 1.0E-8Watt1/2, for mono-layer graphene membranes its values are on the scale 1.0E-9Watt1/2, and for nanoporous membranes made of silica, silicon nitride or silicon carbonized its values are on the scale 1.0E-5Watt1/2. The scale of the value of this parameter directly measures the level of the performance of a nanoporous filtration membrane. The carbon nanotube membrane has the similar performance with biological cellular membranes, as it also has the value of I on the scale 1.0E-8Watt1/2.
In this paper, a Taguchi-based finite element method (FEM) has been proposed and implemented to assess optimal design parameters for minimum static deflection in laminated composite plate. An orthodox mathematical model (based on higher-order shear deformation plate theory and Green-Lagrange geometrical nonlinearity) has been used to compute the nonlinear central deflection values of laminated composite plates according to Taguchi design of experiment via a self-developed MATLAB computer code. The lay-up scheme, aspect ratio, thickness ratio and the support conditions of the laminated composite plate structure were designated as the governable design parameters. Analysis of variance (ANOVA) is used to investigate the effect of diverse control factors on the nonlinear static responses. Moreover, regression model is developed for predicting the desired responses. The ANOVA revealed that the lay-up scheme alongside the support condition plays vital role in minimizing the central deflection values of laminated composite plate under uniformly distributed load. The conformity test results of Taguchi analysis are also in good agreement with the numerical experimentation results.
In this paper, dynamic and static bending of ball modelled by nanocomposite microbeam by nanoparticles seeing agglomeration is presented. The structural damping is considered by Kelvin-Voigt model. The agglomeration effects are assumed using Mori-Tanaka model. The football ball is modeled by third order shear deformation theory (TSDT). The motion equations are derived by principle of Hamilton's and energy method assuming size effects on the basis of Eringen theory. Using differential quadrature method (DQM) and Newmark method, the static and dynamic deflections of the structure are obtained. The effects of agglomeration and CNTs volume percent, damping of structure, nonlocal parameter, length and thickness of micro-beam are presented on the static and dynamic deflections of the nanocomposite structure. Results show that with increasing CNTs volume percent, the maximum dimensionless dynamic deflection is reduced about 17%. In addition, assuming CNTs agglomeration increases the dimensionless dynamic deflection about 14%. It is also found that with increasing the CNTs volume percent from 0 to 0.15, the static deflection is decreased about 3 times due to the enhance in the stiffness of the structure. In addition, with enhancing the nonlocal parameters, the dynamic deflection is increased about 3.1 times.
This paper proposes an analytical method to investigate the free vibration behaviour of new functionally graded (FG) carbon nanotubes reinforced composite beams based on a higher-order shear deformation theory. Cosine functions represent the material gradation and material properties via the thickness. The kinematic relations of the beam are proposed according to trigonometric functions. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's method. A comparative evaluation of results against predictions from literature demonstrates the accuracy of the proposed analytical model. Moreover, a detailed parametric analysis checks for the sensitivity of the vibration response of FG nanobeams to nonlocal length scale, strain gradient microstructure-scale, material distribution and geometry.
The severe deterioration of structures has led to extensive research on the development of structural repair techniques using composite materials. Consequently, previous researchers have devised various analytical methods to predict the interface performance of bonded repairs. However, these analytical solutions are highly complex mathematically and necessitate numerous calculations with a large number of iterations to obtain the output parameters. In this paper, an artificial neural network prediction models is used to calculate the interfacial stress distribution in RC beams strengthened with FRP sheet. The R2value for the training data is evaluated as 0.99, and for the testing data, it is 0.92. Closed-form solutions are derived for RC beams strengthened with composite sheets simply supported at both ends and verified through direct comparisons with existing results. A comparative study of peak interfacial shear and normal stresses with the literature gives the usefulness and effectiveness of ANN proposed. A parametrical study is carried out to show the effects of some design variables, e.g., thickness of adhesive layer and FRP sheet.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.9
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pp.148-155
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1995
The object of this study is to achieve a gteater understanding of meterial removal process and its mechanism. In this study, some applications of finite element techniques are applied to analyze the chip formation and cutting heat generation mechanism of metal cutting. To know the effect of cutting parameters, simulations employed some independent cutting variables change, such as constitutive deformation laws of workpiece and tool material, frictional coefficients and tool-chip contact interfaces, cutting speed, tool rake angles, depth of cut and this simulations also include large elastic-plastic defor- mation, adiabetic thermal analysis. Under a usual plane strain assumption, quasi-static, thermal-mechanical coupling analysis generate detailed informations about chip formation process and cutting heat generation mechanism Some cutting parameters are affected to cutting force, plastic deformation of chip, shear plane angle, chip thickness and tool-chip contact length and reaction force on tool, cutting temperature and thermal behavior. Several aspects of the metal cutting process predicted by the finite element analysis provide information about tool shape design and optimal cutting conditions.
The present study follows three main goals. First, an analytical solution with high accuracy is developed to assess the effects of embedding pre-strained shape memory alloy (SMA) wires on the critical buckling temperatures of rectangular sandwich plates made of soft core and graphite fiber/epoxy (GF/EP) face sheets based on piecewise low-order shear deformation theory (PLSDT) using Brinson's model. As the second goal, this study compares the effects of SMAs on the thermal buckling of sandwich plates with those of carbon nanotubes (CNTs). The glass transition temperature is considered as a limiting factor. For each material, the effective ranges of operating temperature and thickness ratio are determined for real situations. The results indicate that depending on the geometric parameters and thermal conditions, one of the SMAs and CNTs may outperform the other. The third purpose is to study the thermal buckling of sandwich plates with advanced hybrid SMA/CNT/GF/EP composite face sheets. It is shown that in some circumstances, the co-incorporation of SMAs and CNTs leads to an astonishing enhancement in the critical buckling temperatures of sandwich plates.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.1
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pp.44-53
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1994
We experimented on cutting characteristics-cutting force, behavior of cutting temprature, surface foughness, behavior of chips-under low tempdeature, which generated by liquid nitrogen (77K). The workpieces were freezed to -195 .deg. C and liquid nitrogen was also sprinkled on cutting area in order to increase the efficiency of machining in low temperature. The workpiece was became to -195 .deg. C in 5 minutes, and cutting temperature in CC was lower about 170 .deg. C than NC. The cutting force trended to increase slighty in cooled cutting, but chip thickness was decreased, shear angle was however increased. The form of chips was in good conditions of long or short tubular chips in CC. In CC surface roughness of workpiece was better than NC. In NC surface hardness of chips trended to increase according to increasing of cutting speed, but in CC it trended to decrease. The power spectrum of vertical cutting force trended to increase according to increasing of feed, and in CC it was higher than NC.
Thomaz E.T. Buttignol;Eduardo C. Granato;Tulio N. Bittencourt;Luis A.G. Bitencourt Jr.
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.4
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pp.511-529
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2023
This paper aims to better understand the bonding behavior in Reinforced Concrete beams strengthened with an Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (RCUHPFRC) layer on the compression side using experimental tests and numerical analyses. The UHPFRC mix design was obtained through an optimization procedure, and the characterization of the materials included compression and slant shear tests. Flexural tests were carried out in RC beams and RC-UHPFRC beams. The tests demonstrated a debonding of the UHPFRC layer. In addition, 3D finite element analyses were carried out in the Abaqus CAE program, in which the interface is modeled considering a zero-thickness cohesive-contact approach. The cohesive parameters are investigated, aiming to calibrate the numerical models, and a sensitivity analysis is performed to check the reliability of the assumed cohesive parameters and the mesh size. Finally, the experimental and numerical values are compared, showing a good approximation for both the RC beams and the RC strengthened beams.
Most of the experimental, theoretical, and numerical studies on the stability of functionally graded composites are deterministic, while there are full of complex interactions of variables with an inherently probabilistic nature, this paper presents a non-intrusive framework to investigate the stochastic nonlinear buckling behaviors of porous functionally graded cylindrical shells exposed to inevitable source-uncertainties. Euler-Lagrange equations are theoretically derived based on the three variable refined shear deformation theory. Closed-form solutions for the shell buckling loads are achieved by solving the deterministic eigenvalue problems. The analytical results are verified with numerical results obtained from finite element analyses that are conducted in the commercial software ABAQUS. The non-intrusive framework is completed by integrating the Monte Carlo simulation with the verified closed-form solutions. The convergence studies are performed to determine the effective pseudorandom draws of the simulation. The accuracy and efficiency of the framework are verified with statistical results that are obtained from the first and second-order perturbation techniques. Eleven cases of individual and compound uncertainties are investigated. Sensitivity analyses are conducted to figure out the five cases that have profound perturbative effects on the shell buckling loads. Complete probability distributions of the first three critical buckling loads are completely presented for each profound uncertainty case. The effects of the shell thickness, volume fraction index, and stochasticity degree on the shell buckling load under compound uncertainties are studied. There is a high probability that the shell has non-unique buckling modes in stochastic environments, which should be known for reliable analysis and design of engineering structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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