Nondestructive instrumented indentation test is the method to evaluate the mechanical properties by analyzing load - displacement curve when forming indentation on the surface of the specimen within hundreds of micro-indentation depth. Resistance spot welded samples are known to difficult to measure the local mechanical properties due to the combination of microstructural changes with heat input. Particularly, more difficulties arise to evaluate local mechanical properties of resistance spot welds because of having narrow HAZ, as well as dramatic changed in microstructure and hardness properties across the welds. In this study, evaluation of the local mechanical properties of resistance spot welds was carried out using the characterization of Instrumented Indentation testing. Resistance spot welding were performed for 590MPa DP (Dual Phase) steels and 780MPa TRIP (Transformation Induced Plasticity) steels following ISO 18278-2 condition. Mechanical properties of base metal using tensile test and Instrumented Indentation test showed similar results. Also it is possible to measure local mechanical properties of the center of fusion zone, edge of fusion zone, HAZ and base metal regions by using instrumented indentation test. Therefore, measurement of local mechanical properties using instrumented indentation test is efficient, reliable and relatively simple technique to evaluate the tensile strength, yield strength and hardening exponent.
This paper describes a damage accumulation mechanism in cross-ply CFRP laminates $[0_2/90_2]_{2S}$ subjected to out-of-plane loading. Drop-weight impact and static indentation tests were carried out, and induced damage was observed by ultrasonic C-scan and an optical microscope. Both tests gave essentially the same results for damage modes, sizes, and load-deformation history. First, a crack occurred in the bottom $0^{\circ}$ layer accompanying some delamination along the crack caused by bending stress. Then, transverse cracks occurred in the middle $90^{\circ}$ layer with decreasing contact force between the specimen and the indenter. Measured local strains near the impact point showed that the stress state changed from a bending dominant state to an in-plane tensile dominant state. A cohesive interface element was used to simulate the propagation of multiple delaminations and transverse cracks under static indentation. Two types of analytical models are considered, one with multiple delaminations and the other with both multiple delaminations and transverse cracks. The damage obtained for the model with only multiple delaminations was quite different from that obtained from the experiment. However, the results obtained from the model with both delaminations and transverse cracks well explain the characteristics of the damage obtained in the experiment. The existence of the transverse cracks is essential to form the characteristic impact damage.
The importance of porous ceramics has been increasingly recognized and adequate strength of porous ceramics is now required for structural applications. Porosities of porous ceramics act as flaws in inner volume and outer surface which result in severe strength degradation. The effect of pore structure, however, on strength and reliability of porous ceramics has not been clearly understood. We investigate the relationship between pore structure and mechanical properties using a sphere indentation on bilayer structure, porous ceramic top layer with soft polymer substrate. Porous alumina and silica were prepared to characterize the isolated pore structure and interconnected pore structure, respectively. The porous ceramic with 1mm thickness were bonded to soft polycarbonate substrate and then fracture strengths were estimated from critical loads for radial cracking of porous ceramics during sphere indentation from top surface. This simple and reproducible technique provides Weibull modulus of strength of porous ceramics with different pore structure. It shows that the porous ceramics with isolated pore structure have higher strength and higher Weibull modulus as well, than those with interconnected pore structure even with the same porosity.
Silicon nitride is one of the most successful engineering ceramics, owing to a favorable combination of properties, including high strength, high hardness, low thermal expansion coefficient, and high fracture toughness. However, the impact damage behavior of $Si_3N_4$ ceramics has not been widely characterized. In this study, sphere and explosive indentations were used to characterize the static and dynamic damage behavior of $Si_3N_4$ ceramics with different microstructures. Three grades of $Si_3N_4$ with different grain size and shape, fine-equiaxed, medium, and coarse-elongated, were prepared. In order to observe the subsurface damaged zone, a bonded-interface technique was adopted. Subsurface damage evolution of the specimens was then characterized extensively using optical and electron microscopy. It was found that the damage response depends strongly on the microstructure of the ceramics, particularly on the glassy grain boundary phase. In the case of static indentation, examination of subsurface damage revealed competition between brittle and ductile damage modes. In contrast to static indentation results, dynamic indentation induces a massive subsurface yield zone that contains severe micro-failures. In this study, it is suggested that the weak glassy grain boundary phase plays an important role in the resistance to dynamic fracture.
Apparent mechanical properties in structural components can be different from the initially designed values due to the formation of the residual stress in metal forming and welding. Therefore, the evaluation of residual stress has great importance in the reliability diagnosis of structural components. A nondestructive instrumented indentation technique has been proposed to evaluate various strength concerning mechanical properties from the analysis of load-depth curve. In this study, quantitative residual stress estimation on API X65 welded joints for natural gas pipeline was performed by analyzing the variation of indentation loading curve by residual stress through a new proposed theoretical model. The residual stress from the indentation method was compared with that from the saw-cutting method.
Recently, manufacturing work has been transformed to advanced technology intensive form from mass production with a little items required in the past. It was demanded that superior workpiece surface integrity. However, the study of ductile mode machining was proceeded actively.In this paper, it is developed Ultra-Micro Indentation Device using the PZT actuator. Experimentally, by using theUltra-Micro Indentation device, the micro fracture behavior of the silicon wafer was invesgated. It was possible that ductile-brittle transition point in ultimate surface of brittle material can be detected by adding an acoustic emission sensor system to the Ultra-Micro Indentation apparatus.
Nie, Junfeng;Lin, Pandong;Liu, Yunpeng;Zhang, Haiquan;Wang, Xin
Nuclear Engineering and Technology
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제51권8호
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pp.1970-1977
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2019
Understanding the irradiation hardening effect of structural steels under various irradiation conditions plays an important role in developing advanced nuclear systems. Such being the case, a crystal plasticity model for body-centered cubic (BCC) crystal based on the density of dislocations and irradiation defects is summarized and numerically implemented in this paper. Based on this model, nano-indentation hardness of Chinese A508-3 steels with ion irradiation is calculated. Very good agreement is observed between simulation and experimental data of several different irradiation doses subjected to various operating temperatures, from which, it can be concluded that indentation hardness increases with increasing irradiation dose at both room temperature and high temperature. Consequently, the validity of this model has been proved properly, and furthermore, the model established in this paper could guide the study of irradiation hardening effect and temperature effect to some extent.
With the increasing interest in using bacterial biofilms in geo-engineering practices, such as soil improvement, sealing leakage in earth structures, and hydraulic barrier installation, understanding of the contribution of bacterial biofilm formation to mechanical and hydraulic behavior of soils is important. While mechanical properties of soft gel-like biofilms need to be identified for appropriate modeling and prediction of behaviors of biofilm-associated soils, elastic properties of biofilms remain poorly understood. Therefore, this study investigated the microscale Young's modulus of biofilms produced by Shewanella oneidensis MR-1 in a liquid phase. The indentation test was performed on a biofilm sample using the atomic force microscopy (AFM) with a spherical indentor, and the force-indentation responses were obtained during approach and retraction traces. Young's modulus of biofilms was estimated to be ~33-38 kPa from these force-indentation curves and Hertzian contact theory. It appears that the AFM indentation result captures the microscale local characteristics of biofilms and its stiffness is relatively large compared to the other methods, including rheometer and hydrodynamic shear tests, which reflect the average macro-scale behaviors. While modeling of mechanical behaviors of biofilm-associated soils requires the properties of each component, the obtained results provide information on the mechanical properties of biofilms that can be considered as cementing, gluing, or filling materials in soils.
The thermal barrier coating must withstand erosion when subjected to flowing gas and should also maintain good stability and mechanical properties while it must also protect the turbine component from high temperature, hot corrosion, creep, and oxidation during operation. In this study we investigated the influence of subsurface layer, $Al_2O_3$ or NiCrCoAIY bond coat layer, on the indentation damage behavior of YSZ thermal barrier coating layers deposited by electron beam physical vapor deposition (EB-PVD). The bond coat is deposited using different process such as air plasma spray (APS) or spray of high velocity oxygen fuel (HVOF) and the thickness is varied. Hertzian indentation technique is used to induce micro damages on the coated layer. The stress-strain behaviors are characterized by results of the indentation tests.
A gas turbine blade with thermal barrier ceramic coating is operated at high temperature to increase engine efficiency. Recently, thermal barrier characteristics have been improved by advanced coating technology through microstructure control and increase of adhesion force of the coating layer. More advanced coating materials, rare earth zircon ate ceramics have been studied for replacing YSZ coatings as thermal barrier coatings. In this study, $La_2O_3,\;HfO_2,\;CeO_2,\;Gd_2O_3$ and pure or yttria stabilized zirconia were prepared. Microstructure analysis and the evaluation of mechanical properties such as Hertzian indentation and hardness test were performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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