Eckert, Jurgen;Bartusch, Birgit;Schurack, Frank;He, Guo;Schultz, Ludwig
Journal of Powder Materials
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v.9
no.6
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pp.394-408
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2002
Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.
In this study, we have fabricated n-type $Bi_2Te_{2.85}Se_{0.15}$ compounds by different processing routes such as crushing, milling and mixing respectively. Subsequently, the obtained powders were consolidated by spark plasma sintering (SPS). The phase crystallinity of bulk samples were identified using X-ray diffraction technique. Powder morphology and fracture surface of bulk samples were observed using the scanning electron microscopy (SEM). The Seebeck coefficient and electrical conductivity values were significantly increased for the milling sample than crushing and mixing samples. As a result, the maximum power factor was obtained $2.4mW/mK^2$, which is thrice than that of crushing process. The maximum figure of merit (ZT) of 0.77 was achieved at 400 K for the milling sample. Furthermore, relatively high hardness and density values were noticed for the different processed samples.
Soil shear strength parameters play a remarkable role in designing geotechnical structures such as retaining wall and dam. This study puts an effort to propose two accurate and practical predictive models of soil shear strength parameters via hybrid artificial neural network (ANN)-based models namely genetic algorithm (GA)-ANN and particle swarm optimization (PSO)-ANN. To reach the aim of this study, a series of consolidated undrained Triaxial tests were conducted to survey inherent strength increase due to addition of polypropylene fibers to sandy soil. Fiber material with different lengths and percentages were considered to be mixed with sandy soil to evaluate cohesion (as one of shear strength parameter) values. The obtained results from laboratory tests showed that fiber percentage, fiber length, deviator stress and pore water pressure have a significant impact on cohesion values and due to that, these parameters were selected as model inputs. Many GA-ANN and PSO-ANN models were constructed based on the most effective parameters of these models. Based on the simulation results and the computed indices' values, it is observed that the developed GA-ANN model with training and testing coefficient of determination values of 0.957 and 0.950, respectively, performs better than the proposed PSO-ANN model giving coefficient of determination values of 0.938 and 0.943 for training and testing sets, respectively. Therefore, GA-ANN can provide a new applicable model to effectively predict cohesion of fiber-reinforced sandy soil.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.03b
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pp.419-426
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2000
The purpose of this study is to present the application of WFS co-mixtures for retaining wall as flowable backfill. The fly ash, generated at the Tae-An thermoelectric power plant, was used in this research and was classified as Class F. Green Sand, Furane Sand, and Coated Sand, which had been used at a foundry located in Pusan, were used. Couple of laboratory tests and small scale retaining wall tests were performed to obtain the physical properties of the WFS co-mixtures and the possibility of backfill materials of retaining wall. The range of permeability for all the co-mixtures was from 3.0${\times}$10$\^$-3/ cm/s to 6.0${\times}$10$\^$-5/ cm/s. The unconfined strength of the 28-day cured specimens reached around 550kPa. Results of the consolidated-undrained triaxial test showed that the internal friction angle is between 33.5$^{\circ}$ and 41.8$^{\circ}$. The lateral earth pressure against wall decreased up to 80% of initial pressure within a 12 hours and the total lateral earth pressure is less than that of typical granular soil. It was enough to construct the backfill for the standard retaining of 6m with just two steps, like fill the co-mixtures for half of retaining wall, and then fill the others after 1 day. The stability of retaining wall for overturning and sliding increased as the curing time elapsed.
Graphene oxide (GO) powder processed by Hummer's method is mixed with p-type $Bi_2Te_3$ based thermoelectric materials by a high-energy ball milling process. The synthesized GO-dispersed p-type $Bi_2Te_3$ composite powder has a composition of $Bi_{0.5}Sb_{1.5}Te_3$ (BSbT), and the powder is consolidated into composites with different contents of GO powder by using the spark plasma sintering (SPS) process. It is found that the addition of GO powder significantly decreases the thermal conductivity of the pure BSbT material through active phonon scattering at the newly formed interfaces. In addition, the electrical properties of the GO/BSbT composites are degraded by the addition of GO powder except in the case of the 0.1 wt% GO/BSbT composite. It is found that defects on the surface of GO powder hinder the electrical transport properties. As a result, the maximum thermoelectric performance (ZT value of 0.91) is achieved from the 0.1% GO/BSbT composite at 398 K. These results indicate that introducing GO powder into thermoelectric materials is a promising method to achieve enhanced thermoelectric performance due to the reduction in thermal conductivity.
The shear strength of weathered granite soils under unsaturated condition was evaluated by $K_0$ consolidated triaxial tests. Various matric suctions in the unsaturated triaxial tests were applied using suction-controlled triaxial test apparatus for weathered granite soils obtained in Daegu. Soil water characteristic curve (SWCC) laboratory tests for drying and wetting procedure were performed and van Genuchten curves were fitted by experimental results. The contribution of matric suction in unsaturated soils is directly correlated to effective stress and evaluated from SWCCs. The effective stresses were estimated from these SWCCs and the relationship between effective stress and unsaturated shear strength was determined. In the effective stress description, the unsaturated shear strength with respect to various suctions indicates unique relationship and almost the same as that of the saturated envelope.
Armaghani, Danial Jahed;Mirzaei, Fatemeh;Toghroli, Ali;Shariati, Ali
Geomechanics and Engineering
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v.22
no.5
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pp.397-414
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2020
In this paper, practical predictive models for soil shear strength parameters are proposed. As cohesion and internal friction angle are of essential shear strength parameters in any geotechnical studies, we try to predict them via artificial neural network (ANN) and neuro-imperialism approaches. The proposed models was based on the result of a series of consolidated undrained triaxial tests were conducted on reinforced sandy soil. The experimental program surveys the increase in internal friction angle of sandy soil due to addition of polypropylene fibers with different lengths and percentages. According to the result of the experimental study, the most important parameters impact on internal friction angle i.e., fiber percentage, fiber length, deviator stress, and pore water pressure were selected as predictive model inputs. The inputs were used to construct several ANN and neuro-imperialism models and a series of statistical indices were calculated to evaluate the prediction accuracy of the developed models. Both simulation results and the values of computed indices confirm that the newly-proposed neuro-imperialism model performs noticeably better comparing to the proposed ANN model. While neuro-imperialism model has training and test error values of 0.068 and 0.094, respectively, ANN model give error values of 0.083 for training sets and 0.26 for testing sets. Therefore, the neuro-imperialism can provide a new applicable model to effectively predict the internal friction angle of fiber-reinforced sandy soil.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.1008-1014
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2010
When the industrial complex creation and the structures are constructed on the soft clayey ground, the long-term consolidation settlement greatly becomes a problem. In the present study, long-term consolidation tests to examine the change in the coefficient of secondary consolidation by the influence of the initial consolidation load and the influence of the consolidation load increment ratio($\Delta_p/_{p_0}$) in the normally consolidated state with an improved standard oedometer tester were examined. In addition, the finite difference method was executed by using one dimensional Elasto-Viscous model proposed by Yoshikuni et. al. From the result of the numerical analysis of the comparison laboratory tests, the applicability of the Elasto-Viscous model was verified from the agreement of the secondary consolidation process.
Kim, Seung-Han;Choi, Sung-Keun;Lee, Moon-Joo;Lee, Woo-Jin
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.888-895
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2006
In this study, anisotropically consolidated undrained shear(CAU) test was performed to examine the variation of the shear strength according to the stress history. The specimen having 30% relative density was homogeniously prepared, and 200KPa of back pressure was applied to increase the B value more than 0.95. To make NC specimens, the vertical stress was applied on the specimen by 100KPa, 200KPa and 400KPa, and to make OC specimens, the vertical stress was applied upto 400KPa and was reduced to 200KPa and 100KPa resulting in OCR 2 and 4 respectively. The test result indicates the shear strength for the OC specimens are slightly higher then that of the NC specimens at the same confining pressure. The elastic modulus varies according to the confining stress and considerably affected by preconsolidation stress.
Le, Nghia Trong;Teparaksa, Wanchai;Mitachi, Toshiyuki;Kawaguchi, Takayuki
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.23
no.9
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pp.5-16
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2007
The simple linear elastic-perfectly plastic model with soil parameters $s_u,\;E_u$ and n of undrained condition is usually applied to predict the displacement of a constructed diaphragm wall(DW) on soft soils during excavation. However, the application of this soil model for finite element analysis could not interpret the continued increment of the lateral displacement of the DW for the large and deep excavation area both during the elapsed time without activity of excavation and after finishing excavation. To study the characteristic behaviors of soil behind the DW during the periods without excavation, a series of tests on soft Bangkok clay samples are simulated in the same manner as stress condition of soil elements happening behind diaphragm wall by triaxial tests. Three kinds of triaxial tests are carried out in this research: $K_0$ consolidated undrained compression($CK_0U_C$) and $K_0$ consolidated drained/undrained unloading compression with periodic decrement of horizontal pressure($CK_0DUC$ and $CK_0UUC$). The study shows that the shear strength of series $CK_0DUC$ tests is equal to the residual strength of $CK_0UC$ tests. The Young's modulus determined at each decrement step of the horizontal pressure of soil specimen on $CK_0DUC$ tests decreases with increase in the deviator stress. In addition, the slope of Critical State Line of both $CK_0UC$ and $CK_0DUC$ tests is equal. Moreover, the axial and radial strain rates of each decrement of horizontal pressure step of $CK_0DUC$ tests are established with the function of time, a slope of critical state line and a ratio of deviator and mean effective stress. This study shows that the results of the unloading compression triaxial tests can be used to predict the diaphragm wall deflection during excavation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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