Aizikovich, Sergey M.;Mitrin, Boris I.;Seleznev, Nikolai M.;Wang, Yun-Che;Volkov, Sergey S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.4
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pp.613-625
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2016
Contact interaction of a beam (flexible element) with an elastic half-plane is considered, when a soft inhomogeneous (functionally graded) interlayer is present between them. The beam is bent under the action of a distributed load applied to the surface and a reaction of the elastic interlayer and the half-space. Solution of the contact problem is obtained for different values of thickness and parameters of inhomogeneity of the layer. The interlayer is assumed to be significantly softer than the underlying half-plane; case of 100 times difference in Young's moduli is considered as an example. The influence of the interlayer thickness and gradient of elastic properties on the distribution of the contact stresses under the beam is studied.
Using first principles calculations we investigated the thermomechanical stability of spent nuclear fuels (SNF), especially how mechanical properties of $UO_2$, such as, bulk, shear and Young's moduli and Poisson's ratio vary through alpha-decay of U into Th with generation of He gas. Our results indicate that substitution of U by Th through alpha decay ($U_{1-x}Th_xO_2$) does not significantly affect the stability of the grain in a fuel matrix. In addition, we studied the transport properties of He in and boundaries of the $U_{1-x}Th_xO_2$ grain. Helium preferentially resides at the grain boundaries through diffusion. Our study can contribute to substantial reduction of environmentally risk and enhancement of our sustainability by safe control of radioactive materials.
Poly(methyl methacrylate-co-acrylonitrile) [P(MMA-co-AN)]/Na-MMT nanocomposites were synthesized through emulsion polymerization with pristine Na-MMT. The nanocomposites were exfoliated up to 20 wt% content of pristine Na-MMT relative to the amount of MMA and AN, and exhibited enhanced storage moduli, E', relative to the neat copolymer. The exfoliated morphology of the nanocomposite was confirmed by XRD and TEM. 2-Acryla-mido-2-methyl-1-propane sulfonic acid (AMPS) widened the galleries between the clay layers before polymerization and facilitated the comonomers, penetration into the clay to create the exfoliated nanocomposites. The onset of the thermal decomposition of the nanocomposites shifted to a higher temperature as the clay content increased. By calculating areas of tan$\delta$ of the nanocomposites, we observed that the nanocomposites show more solid-like behavior as the clay content increases. The dynamic storage modulus and complex viscosity increased with clay content. The complex viscosity showed shear-thinning behavior as the clay content increased. The Young's moduli of the nano-composites are higher than that of the neat copolymer and they increase steadily as the silicate content increases, as a result of the exfoliated structure at high clay content.
Molecular dynamics simulation and the Mori-Tanaka micromechanics study are performed to investigate the effect of the covalent grafting between CNT and polyester on the mechanical behavior and load transfer of nanocomposites. The transversely isotropic stress-strain curves are determined through the tension and shear simulations according to the covalent grafting. Also, isotropic properties of randomly dispersed nanocomposites are obtained by orientation averaging the transversely isotropic stiffness matrix. By addressing the grafting, the transverse Young's modulus and shear moduli of the nanocomposites are improved, while the longitudinal Young's modulus decreases due to the degradation of the grafted CNT.
P. Kahhal;H. Ghorbani-Menghari;H. T. Kim;J. H. Kim
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.1
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pp.28-34
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2023
In this research, a representative volume element (RVE)-based FE Model is presented to estimate the mechanical properties of additively manufactured continuous fiber-reinforced composites with different fiber orientations. To construct the model, an ABAQUS Python script has been implemented to produce matrix and fiber in the desired orientations at the RVE. A script has also been developed to apply the periodic boundary conditions to the RVE. Experimental tests were conducted to validate the numerical models. Tensile specimens with the fiber directions aligned in the 0, 45, and 90 degrees to the loading direction were manufactured using a continuous fiber 3D printer and tensile tests were performed in the three directions. Tensile tests were also simulated using the RVE models. The predicted Young's moduli compared well with the measurements: the Young's modulus prediction accuracy values were 83.73, 97.70, and 92.92 percent for the specimens in the 0, 45, and 90 degrees, respectively. The proposed method with periodic boundary conditions precisely evaluated the elastic properties of additively manufactured continuous fiber-reinforced composites with complex microstructures.
Most of machines and structures contain the elements which contact each other directly. When these elements subjected to vibration or repeated load, local relative movement occurs between the elements in contact which results in, a kind of wear. In order to know the factors which govern fretting, we have to analyze the phenomenon of microslip which causes fretting by using a general and efficient method from a viewpoint of contact mechanics. Based on the results of analysis, it is necessary to propose the way of minizing fretting which is one of the most significant surface failure. In this report, a general and efficient algorithm is applied to analyze the contact problem of the bolted joint, which is one of the typical elements damaged by fretting, with ratios of plate thickness, the ratios of Young's moduli, the ratios of the plate thickness to bolt radius varied. Finally, the ways of minizing fretting for the boked joint are suggested.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.119-126
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2004
A continuum-based design sensitivity analysis and topology optimization methods are developed for power flow analysis. Efficient adjoint sensitivity analysis method is employed and further extended to topology optimization problems. Young's moduli of all the finite elements are selected as design variables and parameterized using a bulk material density function. The objective function and constraint are an energy compliance of the system and an allowable volume fraction, respectively. A gradient-based optimization, the modified method of feasible direction, is used to obtain the optimal material layout. Through several numerical examples, we notice that the developed design sensitivity analysis method is very accurate and efficient compared with the finite difference sensitivity. Also, the topology optimization method provides physically meaningful results. The developed is design sensitivity analysis method is very useful to systematically predict the impact on the design variations. Furthermore, the topology optimization method can be utilized in the layout design of structural systems.
Extensive sets of data on the mechanical properties of more than 1000 granite specimens were analyzed to derive the relationships of the various properties: those are, (1) density, (2) porosity, (3) absorption ratio, (4) sonic wave velocity, (5) uniaxial compressive strength, (6) tensile strength, and (7) dynamic & static Young's moduli. The results will be of use to understand the mechanical characteristics of granites and some unknown properties can be estimated from the others. The various equations derived from the least square regression analysis and a brief description of the correlations are presented in this paper.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.129-132
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2005
This study analyzes the behavior of adhesion and friction according to the pore size of nanohoneycomb structures in atomic force microscope (AFM). Anodic aluminum oxide (AAO) films are fabricated as nanohoneycomb structures. According to the pore diameters of the nanohoneycomb structures, the adhesive forces and the frictional coefficients arc obtained in AFM, and the behaviors are analyzed in the view of the contact area between the sphere particle and nanohoneycomb substrate. The effective Young's moduli of the nanohoneycomb structures are measured from the nanoindentation tests, and the contact areas at zero applied load are calculated by combining the porosity of the nanohoneycomb structures and the contact radius determined from JKR and DMT theory.
This study investigates the dynamic magneto-mechanical behavior of magnetization-graded ferromagnetic materials Terfenol-D/FeCuNbSiB (MF). We measure the dynamic magneto-mechanical properties as a function of the DC bias magnetic field ($H_{dc}$). Our experimental results show that these dynamic magneto-mechanical properties are strongly dependent on the DC bias magnetic field. Furthermore, the dynamic strain coefficient, electromechanical resonance frequency, Young's moduli, and mechanical quality factor of Terfenol-D/FeCuNbSiB are greater than those of Terfenol-D under a lower DC bias magnetic field. The dynamic strain coefficient increases by a factor of between one and three, under the same DC bias magnetic field. In particular, the dynamic strain coefficient of Terfenol-D/FeCuNbSiB at zero bias achieves 48.6 nm/A, which is about 3.05 times larger than that of Terfenol-D. These good performances indicate that magnetization-graded ferromagnetic materials show promise for application in magnetic sensors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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