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탄성지반위에 놓인 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 구조안정해석
Structural stability analysis of nonlocal Megneto-Electro-Elastic(MEE) nano plates on elastic foundation 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.9, 2017년, pp.52 - 60  

한성천 (대원대학교 철도건설과) ,  박원태 (공주대학교 건설환경공학부)

초록
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본 논문은 탄성지반위에 놓인 비국소 자기-전기-탄성 나노 판의 구조안정에 관하여 1차 전단변형이론을 이용하여 분석하였다. 4변이 단순지지된 자기-전기-탄성 나노 판의 좌굴하중을 구하기 위하여 Navier 방법을 적용하였다. 기존의 연구들에서는 2방향 좌굴해석은 거의 연구되지 않았다. Maxwell 방정식과 자기-전기 경계조건에 따라 자기-전기-탄성 나노 판의 두께 방향에 따른 자위 및 전위의 변화가 결정된다. 자기-전기-탄성 나노 판의 탄성이론을 재 공식화하기 위하여 Eringen의 비국소 미분 구성 관계식을 사용하였고 변분이론을 이용하여 비국소 탄성이론의 지배방정식을 연구하였다. 탄성지반의 효과는 Pasternak의 가정을 적용하였다. 비국소 이론과 국소 이론의 관계를 계산 결과를 통하여 분석하였다. 또한, 전위 및 자위의 크기, 비국소 매개변수, 탄성지반 매개변수 그리고 폭-두께 비에 따른 구조적 안정문제를 연구하였다. 분석 결과들은 전위 및 자위의 효과를 나타내었다. 이러한 계산 결과들은 자기-전기-탄성 재료로 구성된 신소재 구조물에 관한 향후 연구의 비교자료가 될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study examined the structural stability of nonlocal magneto-electro-elastic nano plates on elastic foundations using first-order shear deformation theory. Navier's method has been used to solve the buckling loads for all edges simply supported boundary conditions. On the other hand, biaxial buc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 해밀턴 원리에 의한 판의 두께 방향을 따른 전기, 자기 분포와 운동 지배 방정식을 구하기 위해 변분이론을 적용하였다. 본 연구에서는 다양한 매개변수의 영향을 분석하기 위해 자기-전기-탄성 일차 전단변형 나노 판의 좌굴 해석 결과 표 및 그래픽 형태로 제시하였다. 다양한 폭-두께 비, 전위 및 자위, 면내 하중 방향의 영향이 자기-전기-탄성 나노 판의 좌굴 응답에 미치는 영향을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트 소재의 특징은? 2000년대에 들어오면서 압전/압자기 재료 구조와 관련된 지능 및 스마트 재료에 대한 연구가 여러 가지 방면에서 수행되고 있는 상황이다. 지능형 혹은 스마트 소재는 자기, 전기 및 탄성 에너지 사이에서 에너지를 변환할 수 있다. 또한, 압전/압자기 재료로 만들어진 복합 재료는 단상 압자기 재료 또는 압전 재료에는 존재하지 않는 자기/전기 효과를 나타낸다.
전위와 자위의 변화에 따른 좌굴하중의 변화는 어떻게 되는가? 3에 비교하였다. 전위의 증가는 좌굴하중을 증가시키고 자위의 증가는 좌굴하중을 감소시켰으며 참고문헌의 결과와 일치하는 결과를 나타내었다. 자위가 좌굴하중의 변화에 미치는 효과가 전위가 좌굴하중의 변화에 미치는 효과에 비해 상대적으로 큰 효과를 나타냄을 알 수 있었다.
자기-전기-탄성 재료는 어디에 사용되고 있는가? 또한, 압전/압자기 재료로 만들어진 복합 재료는 단상 압자기 재료 또는 압전 재료에는 존재하지 않는 자기/전기 효과를 나타낸다. 자기-전기-탄성 재료는 로봇공학, 액추에이터, 센서, 구조물 상태점검, 진동 제어 및 의료 기기를 포함한 많은 공학 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 상황이다.
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참고문헌 (12)

  1. E. Pan, "Exact solution for simply supported and multilayered magneto-electro-elastic plates", Journal of Applied Mechanics, vol. 68, pp. 608-618, 2001. DOI: https://doi.org/10.1115/1.1380385 

  2. E. Pan, P. R., Heyliger, "Free vibration of simply supported and multilayered magnetoelectro elastic plates", Journal of Sound and Vibration, vol. 252, no. 3, pp. 429-442, 2002. DOI: https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.3693 

  3. R. Wang, Q. Han, E. Pan, "An analytical solution for a multilayered magneto-electro-elastic circular plate under simply supported lateral boundary conditions", Smart Materials and Structures, vol. 19, pp. 065025, 2010. DOI: https://doi.org/10.1088/0964-1726/19/6/065025 

  4. C. X. Xue, E. Pan, S. Y. Zhang, H. J. Chu, "Large deflection of a rectangular magnetoelectroelastic thin plate", Mechanics Research Communications, vol. 38, pp. 518-523, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2011.07.003 

  5. J. Sladek, V. Sladek, S. Krahulec, E. Pan, "The MLPG analyses of large deflections of magneto- electroelastic plates", Engineering and Analysis of Boundary Elements, vol. 37, pp. 673-682, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2013.02.001 

  6. Y. S. Li, "Buckling analysis of magnetoelectro elastic plate resting on Pastrenak elastic foundation", Mechanics Research Communications, vol. 56, pp. 104-114, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2013.12.007 

  7. Y. S. Li, Z. Y. Cai, S. Y. Shi, "Buckling and free vibration of magnetoelectroelastic nanoplate based on nonlocal theory", Composite Structures, vol. 111, pp. 522-529, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.01.033 

  8. W. J. Kim, W. H. Lee, W. T. Park, S. C. Han, "Nonlocal elasticity effects on free vibration properties of sigmoid functionally graded material nano-scale plates", J. Korea Academic-Industrial cooperation Society, vol. 15, no. 2, pp. 1109-1117, 2014. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.2.1109 

  9. A. C. Eringen, "On differential equations of nonlocal elasticity and solutions of screw dislocation and surface waves", Journal of Applied Physics, vol. 54, pp. 4703-4710, 1983. DOI: https://doi.org/10.1063/1.332803 

  10. A. C. Eringen, Nonlocal continuum field theories. Springer-Verlag, 2002. 

  11. J. N. Reddy, Theory and Analysis of Elastic Plates and Shells, CRC Press, 2007. 

  12. W. T. Park, S. C. Han, "Buckling analysis of nano- scale MEE(Magneto-Electro-Elastic) plates using the nonlocal elasticity theory", Advances in Mechanical Engineering, 2017, under review. 

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