In order to investigate the interface debonding defects detection mechanism between steel tube and concrete core of concrete-filled steel tubes (CFSTs), multi-physical fields coupling finite element models constituted of a surface mounted Piezoceramic Lead Zirconate Titanate (PZT) actuator, an embedded PZT sensor and a circular cross section of CFST column are established. The stress wave initiation and propagation induced by the PZT actuator under sinusoidal and sweep frequency excitations are simulated with a two dimensional (2D) plain strain analysis and the difference of stress wave fields close to the interface debonding defect and within the cross section of the CFST members without and with debonding defects are compared in time domain. The linearity and stability of the embedded PZT response under sinusoidal signals with different frequencies and amplitudes are validated. The relationship between the amplitudes of stress wave and the measurement distances in a healthy CFST cross section is also studied. Meanwhile, the responses of PZT sensor under both sinusoidal and sweep frequency excitations are compared and the influence of debonding defect depth and length on the output voltage is also illustrated. The results show the output voltage signal amplitude and head wave arriving time are affected significantly by debonding defects. Moreover, the measurement of PZT sensor is sensitive to the initiation of interface debonding defects. Furthermore, wavelet packet analysis on the voltage signal under sweep frequency excitations is carried out and a normalized wavelet packet energy index (NWPEI) is defined to identify the interfacial debonding. The value of NWPEI attenuates with the increase in the dimension of debonding defects. The results help understand the debonding defects detection mechanism for circular CFST members with PZT technique.
Interfacial stress singularity in a unidirectional two-dimensional laminate model consisting of an elastic fiber and a viscoelastic matrix has been investigated using the time-domain boundary element method. First, the interfacial singular stresses between the fiber and the matrix of a unidirectional laminate subjected to a uniform transverse tensile strain have been investigated near the free surface, but without any defect or any edge crack. Such a stress singularity might lead to fiber-matrix debonding or interfacial edge cracks. Then, the overall stress intensity factor for the case of a small interfacial edge crack of length a has been computed.
We report on a direct measurement of two-dimensional chemical and electrical distribution on the surface of photovoltaic Cu(In,Ga)$Se_2$ thin-films using a nano-scale spectroscopic and electrical characterization, respectively. The Raman measurement reveals non-uniformed surface phonon vibration which comes from different compositional distribution and defects in the nature of polycrystalline thin-films. On the other hand, potential analysis by scanning Kelvin probe force microscopy shows a higher surface potential or a small work function on grain boundaries of the thin-films than on the grain surfaces. This demonstrates the grain boundary is positively charged and local built-in potential exist on grain boundary, which improve electron-hole separation on grain boundary. Local electrical transport measurements with scanning probe microscopy on the thin-films indicates that as external bias is increases, local current is started to flow from grain boundary and saturated over 0.3 V external bias. This accounts for carrier behavior in the vicinity of grain boundary with regard to defect states. We suggest that electron-hole separation at the grain boundary as well as chemical and electrical distribution of polycrystalline Cu(In,Ga)$Se_2$ thin-films.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.1
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pp.53-58
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2002
New nondestructive inspection (NDI) technique to detect the defect in metal was developed in which an electromagnetic field is induced in a metal by AC current flowing in the magnetic coil and the leak magnetic-flux disturbed by defects is measured using a tape-recorder head with air gap. This technique can be applied in evaluating the location and sizing of surface defects in components of the ferromagnetic body by means of the non-contacting measurement. In this paper, we have applied this technique to the evaluation of two-dimensional surface cracks in ferromagnetic metal, and also investigated the influence of the various frequencies and lift-off. Defects were detected with maximum values in the distribution of voltage and it was found that the maximum values tend to increase with the defect depth. Although the maximum values for defects are affected by the frequency and lift-off, the depth of small defects can be estimated from the linear relationship between the depth and voltage rate$(V_0/V_{ave})$.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.2
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pp.169-176
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2001
In modern industry, the accuracy and the sulfate-finish requirements for machined parts have been becoming ever more stringent. In addition, the measurement and understanding of surface topography is rapidly attracting the attention of the physicist and chemist as well as the engineer. Optical measuring method is used in vibration measurement, crack and defect detection with the advent of opto-mechatronics, and it is expected to play an important role in surface topography. In this study, the principle of confocal microscope is described, and the advanced 3-D surface measuring system that has better performance than the traditional confocal microscope is developed. Suitable fixtures arc developed and integrated with the computer system for generating 3-D surface and form data. Software for data acquisition and analysis of various parameters in surface geometrical features has been developed.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.284-284
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2016
Topological insulator (TI) is a bulk-insulating material with topologically protected Dirac surface states in the band gap. In particular, $Bi_2Se_3$ attracted great attention as a model three-dimensional TI due to its simple electronic structure of the surface states in a relatively large band gap (~0.3 eV). However, experimental efforts using $Bi_2Se_3$ have been difficult due to the abundance of structural defects, which frequently results in the bulk conduction being dominant over the surface conduction in transport due to the bulk doping effects of the defect sites. One promising approach in avoiding this problem is to reduce the structural defects by heteroepitaxially grow $Bi_2Se_3$ on a substrate with a compatible lattice structure, while also preventing surface degradation by encapsulating the pristine interface between $Bi_2Se_3$ and the substrate in a clean growth environment. A particularly promising choice of substrate for the heteroepitaxial growth is hexagonal boron nitride (h-BN), which has the same two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) layered structure and hexagonal lattice symmetry as $Bi_2Se_3$. Moreover, since h-BN is a dielectric insulator with a large bandgap energy of 5.97 eV and chemically inert surfaces, it is well suited as a substrate for high mobility electronic transport studies of vdW material systems. Here we report the heteroepitaxial growth and characterization of high quality topological insulator $Bi_2Se_3$ thin films prepared on h-BN layers. Especially, we used molecular beam epitaxy to achieve high quality TI thin films with extremely low defect concentrations and an ideal interface between the films and substrates. To optimize the morphology and microstructural quality of the films, a two-step growth was performed on h-BN layers transferred on transmission electron microscopy (TEM) compatible substrates. The resulting $Bi_2Se_3$ thin films were highly crystalline with atomically smooth terraces over a large area, and the $Bi_2Se_3$ and h-BN exhibited a clear heteroepitaxial relationship with an atomically abrupt and clean interface, as examined by high-resolution TEM. Magnetotransport characterizations revealed that this interface supports a high quality topological surface state devoid of bulk contribution, as evidenced by Hall, Shubnikov-de Haas, and weak anti-localization measurements. We believe that the experimental scheme demonstrated in this talk can serve as a promising method for the preparation of high quality TI thin films as well as many other heterostructures based on 2D vdW layered materials.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.2
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pp.162-168
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2006
Recently, diagnosis techniques have been investigated to detect a Partial Discharge associated with a dielectric material defect in a high voltage electrical apparatus, However, the properties of detection technique of Partial Discharge aren't completely understood because the physical process of Partial Discharge. Therefore, this paper analyzes the process on surface discharge of polymer insulator using wavelet transform. Wavelet transform provides a direct quantitative measure of spectral content in the time~frequency domain. As it is important to develop a non-contact method for detecting the kaolin contamination degree, this research analyzes the electromagnetic waves emitted from Partial Discharge using wavelet transform. This result experimentally shows the process of Partial Discharge as a two-dimensional distribution in the time-frequency domain. Feature extraction parameter namely, maximum and average of wavelet coefficients values, wavelet coefficients value at the point of $95\%$ in a histogram and number of maximum wavelet coefficient have used electromagnetic wave signals as input signals in the preprocessing process of neural networks in order to identify kaolin contamination rates. As result, root sum square error was produced by the test with a learning of neural networks obtained 0.00828.
Purpose: The purposes of this study were to evaluate the stress distributions and the displacements of obturator for edentulous maxillectomy patients and to compare them with those of complete denture using three-dimensional finite element analysis. Materials and methods: Based on the CT image of edentulous patient, three-dimensional finite element model of edentulous maxillae was constructed. Three-dimensional finite element model of edentulous maxillae with palatal defect was also fabricated. On each model, complete denture and obturator prosthesis were created. Vertical static force of 200 N was applied on the left maxillary premolar and molar region. The von Mises stress values and the displacements of models were analyzed using three-dimensional finite element analysis. Results: Maximum von Mises stress values were recorded in the cortical bones of both models. The von Mises stress value in the complete denture model was 2.73 MPa and 2.69 MPa in the obturator model. High von Mises stress values were also observed on the tissue surface of prosthesis. The maximum value of the displacement in the obturator was higher than that of complete denture. Conclusion: The obturator showed a worse result in terms of stress distribution and displacement than complete denture. In the prosthodontic rehabilitation of edentulous maxillectomy patient accurate impression procedure based on patients'anatomy and application of prosthodontic principle should be considered.
Chitosan has been widely researched as bone substitution materials and membranes in orthopedic/periodontal applications. Chitosan nanofiber membrane was fabricated by chitosan nanofiber using electrospinning technique. The structure of the membrane is nonwoven, three-dimensional, porous, and nanoscale fiber-based matrix. The aim of this study was to evaluate the biocompatibility of chitosan nanofiber membrane and to evaluate its capacity of bone regeneration in rabbit calvarial defect. Ten mm diameter round cranial defects were made and covered by 2 kinds of membranes (Gore-Tex membrane, chitosan nanofiber membrane) in rabbits. Animals were sacrificed at 4 weeks after surgery. Decalcified specimens were prepared and observed by microscope. Chitosan nanofiber membrane maintained its shape and space at 4 weeks. No inflammatory cells were seen on the surface of the membrane. In calvarial defects, new bone bridges were formed at all defect areas and fused to original old bone. No distortion and resorption was observed in the grafted chitosan nanofiber membrane. However bone bridge formation and new bone formation at the center of the defect could not be seen in Gore-Tex membranes. It is concluded that the novel membrane made of chitosan nanofiber by electrospinning technique may be used as a possible tool for guided bone regeneration.
Adhesive bonding is currently widely used in many industrial fields, particularly in the aeronautics sector. Despite its advantages over mechanical joints such as riveting and welding, adhesive bonding is mostly used for secondary structures due to its low peel strength; especially if it is simultaneously exposed to temperature and humidity; and often presence of bonding defects. In fact, during joint preparation, several types of defects can be introduced into the adhesive layer such as air bubbles, cavities, or cracks, which induce stress concentrations potentially leading to premature failure. Indeed, the presence of defects in the adhesive joint has a significant effect on adhesive stresses, which emphasizes the need for a good surface treatment. The research in this field is aimed at minimizing the stresses in the adhesive joint at its free edges by geometric modifications of the ovelapping part and/or by changing the nature of the substrates. In this study, the finite element method is used to describe the mechanical behavior of bonded joints. Thus, a three-dimensional model is made to analyze the effect of defects in the adhesive joint at areas of high stress concentrations. The analysis consists of estimating the different stresses in an adhesive joint between two 2024-T3 aluminum plates. Two types of single lap joints(SLJ) were analyzed: a standard SLJ and another modified by removing 0.2 mm of material from the thickness of one plate along the overlap length, taking into account several factors such as the applied load, shape, size and position of the defect. The obtained results clearly show that the presence of a bonding defect significantly affects stresses in the adhesive joint, which become important if the joint is subjected to a higher applied load. On the other hand, the geometric modification made to the plate considerably reduces the various stresses in the adhesive joint even in the presence of a bonding defect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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