Approximate analysis of two-mass–spring systems and buckling of a column

AbstractMax–Min Approach (MMA) is applied to obtain an approximate solution of three practical cases in terms of a nonlinear oscillation system. After finding maximal and minimal solution thresholds of a nonlinear problem, an approximate solution of the nonlinear equation can be easily achieved using He Chengtian’s interpolation. Numerical results indicate the effectiveness of the proposed method both in respect of the whole range of involved parameters as well as the excellent agreement with the approximate frequencies and periodic solutions with the exact ones. It is predicted that MMA can be found widely applicable in engineering

Ferrofluid convective heat transfer under the influence of external magnetic source

AbstractFerrofluid convective heat transfer in a cavity with sinusoidal cold wall is examined under the influence of external magnetic source. The working fluid is Fe3O4-water nanofluid. Single phase model is used to estimate the behavior of nanofluid. Vorticity stream function formulation is utilized to eliminate pressure gradient source terms. New numerical method is chosen namely Control volume base finite element method. Influences of Rayleigh, Hartmann numbers, amplitude of the sinusoidal wall and volume fraction of Fe3O4 on hydrothermal characteristics are presented. Results indicate that temperature gradient enhances as space between cold and hot walls reduces at low buoyancy force. Lorentz forces cause the nanofluid velocity to reduce and augment the thermal boundary layer thickness. Nusselt number augments with rise of buoyancy forces but it decreases with augment of Lorentz forces

Application of He's variational iteration method to nonlinear Jaulent–Miodek equations and comparing it with ADM

AbstractInstead of finding a small parameter for solving nonlinear problems through perturbation method, a new analytical method called He's variational iteration method (VIM) is introduced to be applied to solve nonlinear Jaulent–Miodek, coupled KdV and coupled MKdV equations in this article. In this method, general Lagrange multipliers are introduced to construct correction functionals for the problems. The multipliers can be identified optimally via the variational theory. The results are compared with exact solutions

Analytical investigation of the one dimensional heat transfer in logarithmic various surfaces

AbstractThe purpose of the present study was to investigate of the effect of temperature variation on the logarithmic surface. By using the appropriate similarity transformation for the generation components and temperature, the basic equations governing flow and heat transfer are reduced to a set of ordinary differential equations. These equations have been solved approximately subject to the relevant boundary conditions with numerical and analytical techniques. The reliability and performance of the present method have been compared with the numerical method (Runge–Kutta fourth-rate) to solve this problem. Then, LSM is used to solve nonlinear equation in heat transfer. This method is useful and practical for solving the nonlinear equation in heat transfer. It is observed that the obtained results by present analytical method are very close to result of the numerical method. Furthermore, the results show that the temperature profiles decreased by increasing the α number, and, temperature profiles increased by increasing the β number

Preparation, Modeling, and Optimization of Mechanical Properties of Epoxy/H I PN/Silica Hybrid Nanocomposite Using Combination of Central Composite Design and Genetic Algorithm. Part 2. Studies on Flexural, Compression, and Impact Strength

In spite of good tensile strength of epoxy resins, they have brittle nature and show poor resistance to crack propagation. In view of enhancing mechanical strength and fracture toughness of epoxy-based nanocomposite simultaneously, a new combination of thermoplastic and particulate nanofiller is used as a modifier. Here, the obtained ternary epoxy-based nanocomposite includes high impact polystyrene (HIPS) as thermoplastic and silica nanoparticles as its particulate phases. Flexural, compression and impact were the three different mechanical tests investigated, in order to achieve higher strength without attenuating other desired mechanical properties. Central composite design (CCD) is employed to present mathematical models to predict mechanical behaviors of epoxy/HIPS/silica nanocomposite as a function of physical factors. The effective parameters investigated were HIPS, SiO₂ and hardener contents. Based on mathematical functions obtained from CCD model, the genetic algorithm – as one of the most powerful optimization tools – is applied to find the optimum values of mentioned mechanical properties. We have found that a combination of HIPS and silica nanoparticles significantly increase compressive and impact strengths of epoxy resin up to 57 and 421%, respectively. Although flexural strength did not change positively, the elongation at break for flexural one increased up to 144%. Finally, the morphology of fracture surface was studied by energy-dispersive X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy.Несмотря на то что эпоксидные смолы обладают высоким пределом прочности при растяжении, они хрупкие и характеризуются слабым сопротивлением развитию трещины. С целью улучшения механической прочности и вязкости разрушения эпоксидных нанокомпозитов в качестве модификатора использовали новый комбинированный термопластичный дисперсный нанонаполнитель. Полученный трехкомпонентный эпоксидный нанокомпозит содержит ударопрочный полистирол в виде термопластичных и кремнеземных наночастиц, представляющих его дисперсные фазы. Чтобы получить более высокие показатели прочности без воздействия на другие заданные механические показатели, проводили испытания на прочность при изгибе и сжатии и на ударную вязкость. Для представления математических моделей с целью прогнозирования механического поведения гибридного нанокомпозита в качестве функции физических факторов использовали центральный композиционный план. Исследовали содержание ударопрочного полистирола, кремнезема и упрочняющего элемента в нанокомпозите. На основе математических функций, полученных по модели центрального композиционного плана, для выведения оптимальных значений механических свойств использовали генетический алгоритм, являющийся одним из самых мощных средств оптимизации. Установлено, что сочетание наночастиц на основе ударопрочного полистирола и кремнезема значительно увеличивает сопротивление эпоксидной смолы сжатию и удару на 57 и 421% соответственно. При сопротивлении изгибу положительных изменений не наблюдается, удлинение при изгибном разрыве увеличивается до 144%. С помощью энергодисперсионного рентгеновского излучения и сканирующей электронной микроскопии проведено исследование морфологии поверхности разрушения.Незважаючи на те що епоксидні смоли мають хорошу границю міцності при розтязі, вони крихкі і характеризуються слабким опором розвитку тріщини. Із метою покращання механічної міцності і в’язкості руйнування епоксидних нанокомпозитів як модифікатор використовували новий комбінований термопластичний дисперсний наповнювач. До складу отриманого трикомпонентного епоксидного нанокомпозита входить удароміцний полістирол у вигляді термопластичних і кремнеземних наночастинок, що являють собою його дисперсні фази. Щоб отримати більш високі показники міцності без впливу на інші задані механічні показники, проводили випробування на міцність при згині і стиску та на ударну в’язкість. Для представлення математичних моделей з метою прогнозування механічної поведінки гібридного нанокомпозита як функцію фізичних чинників використали центральний композиційний план. Досліджували вміст удароміцного полістиролу, кремнезему і зміцнювального елемента в нанокомпозиті. На основі математичних функцій, отриманих за моделлю центрального композиційного плану, для виведення оптимальних значень механічних властивостей використовували генетичний алгоритм, що є одним із найміцніших засобів оптимізації. Установлено, що поєднання наночастинок на основі удароміцного полістиролу і кремнезему збільшує опір епоксидної смоли стиску на 57%, удару – на 421%. У той же час позитивних змін при опорі згину не відмічається, видовження за згинального розриву збільшується до 144%. Проведено дослідження морфології поверхні руйнування за допомогою енергодисперсійного випромінювання і сканувальної електронної мікроскопії

Numerical simulation of hydrothermal features of Cu-H2O nanofluid natural convection within a porous annulus considering diverse configurations of heater

The purpose of the current study is to numerically investigate the effects of shape factors of nanoparticles on natural convection in a fluid-saturated porous annulus developed between the elliptical cylinder and square enclosure. A numerical method called the control volume-based finite element method is implemented for solving the governing equations. The modified flow and thermal structures and corresponding heat transfer features are investigated. Numerical outcomes reveal very good grid independency and excellent agreement with the existing studies. The obtained results convey that at a certain aspect ratio, an increment in Rayleigh and Darcy numbers significantly augments the heat transfer and average Nusselt number. Further, enhancement of Rayleigh number increases the velocity of nanofluid, while that of aspect ratio of the elliptical cylinder shows the opposite trend

Ferrofluid convective heat transfer under the influence of external magnetic source

Ferrofluid convective heat transfer in a cavity with sinusoidal cold wall is examined under the influence of external magnetic source. The working fluid is Fe3O4-water nanofluid. Single phase model is used to estimate the behavior of nanofluid. Vorticity stream function formulation is utilized to eliminate pressure gradient source terms. New numerical method is chosen namely Control volume base finite element method. Influences of Rayleigh, Hartmann numbers, amplitude of the sinusoidal wall and volume fraction of Fe3O4 on hydrothermal characteristics are presented. Results indicate that temperature gradient enhances as space between cold and hot walls reduces at low buoyancy force. Lorentz forces cause the nanofluid velocity to reduce and augment the thermal boundary layer thickness. Nusselt number augments with rise of buoyancy forces but it decreases with augment of Lorentz forces. Keywords: Nanofluid, Natural convection, Magnetic source, CVFEM, Sinusoidal wal