This paper has been made to investigate the thermal performance characteristics for the several types of heat sinks such as extruded heat sink, aluminum foam heat sink, layered heat sink. The various types heat sinks are prepared and tested for natural convection as well as forced convection. The experimental results for natural convection are compared to those for three types of heat sink so that the appropriate heat sink can be designed or chosen according to the heating conditions. The overall heat transfer performances for layered heat sink, extruded heat sink and aluminum foam heat sink are almost comparable to those under natural convection and forced convection. The forced convection of layered heat sink become 1.2 times as high as those of extruded heat sink, and the forced convection of extruded heat sink become 1.2 times as high as those of aluminum foam heat sink. This study shows that bar height, bar distance and number of bar for layered heat sink are important parameters, which have a serious influence on thermal performance for layered heat sinks.
본 논문에서는 초기균열을 갖고 있는 폐포형 구조, 발포알루미늄의 축방향 기계적 거동을 실험 및 유한요소해석으로 연구하였다. 재료시험에서 MTS 사의 10kN Landmarks 를 사용하여, 모드 I 형상의 15mm/min 의 하중속도로 변위를 제어하였다. 또한 유한요소해석 범용프로그램인 ABAQUS 6.10 으로 3 차원 형상의 실험과 동일한 조건으로 모델을 구성하여 해석을 수행하였다. 실험의 축방향 변위-하중 그래프와 시간에 대한 균열 길이를 기반으로 에너지 해방률을 계산하였으며, 이 값을 해석에서 파손 에너지 조건으로 사용하였다. 결과적으로 변위 값에 따른 하중 거동을 확인할 수 있었으며, 발포알루미늄이 접착제에 비해 상대적으로 큰 밀도와 탄성계수를 가지므로 발포알루미늄의 변형이 상대적으로 작다는 것을 확인할 수 있었다.
Gas porosity which is a common defect in aluminum alloy casting, is also thought to be severer in aluminum alloy castings produced by lost foam process due to the pyrolysis of the polystyrene foam pattern during pouring. Fundamental experiments were carried out to evaluate the effect of process variables such as the melt treatment, the cooling rate and pouring temperature on the density and mechanical properties in A356.2 castings with simple bar shape. The density of grain refined specimen was slightly lower than that of degassed one, but was higher than that of no treated one and that of shot ball packed specimen was higher than the other specimens. The tensile strength and elongation were in the ranges of $200{\sim}230MPa$ and $0.5{\sim}1.5%$ respectively. The density and hardness of lost foam cast specimens decreased with increase in pouring temperature.
The three dimensional geometries of an aluminum open cell foam before and after uniaxial compressive loading were investigated using the X-ray micro CT(computed tomography). Aluminum 6101-T6 open cell foams of 10, 20, 40 ppi (pore per inch) were considered in this work. After the serial sectioning CT images of aluminum foams were obtained from non-destructive X-ray images, the exact 3D structure were reproduced and visualized with commercial image processing program. The relative density ratio was around the 7.0 to 9.0 range, the unit cells showed anisotropic shapes having the different dimensional ratios of 1.1 to 1.3 between the rise and the transverse directions. The yield stress increased with the relative density ratio and the volumetric strain increased proportionally with compressive strain. The plateau stress in the compressive stress-strain curve was caused by the buckling of ligaments.
The stress-strain relation of aluminum (Al) alloy foam cell wall was evaluated by the instrumented sharp indentation method. The indentation in a few micron ranges was performed on the cell wall of Al-alloy foam having a composition or Al-3wt.%Si-2wt.%Cu-2wt.%Mg as well as its precursor (material prior to foaming). To extract the stress-stram relation in terms of yield stress ${\sigma}_y$, strain hardening exponent n and elastic modulus E, the closed-form dimensionless relationships between load-indentation depth curve and elasto-plastic property were used. The tensile properties of precursor material of Al-alloy foam were also measured independently by uni-axial tensile test. In order to verify the validity of the extracted stress-strain relation, it was compared with the results of tensile test and finite element (FE) analysis. A modified cubic-spherical lattice model was proposed to analyze the compressive behavior of the Al-alloy foam. The material parameters extracted by the instrumented nanoindentation method allowed the model to predict the compressive behavior of the Al-alloy foam accurately.
Properties of AFS vary with the changes in the face-sheet materials. Hence, the performance of AFS can be optimized by selecting face-sheet materials. In this work, three types of face-sheet materials representing elastic-perfectly plastic, elastic-plastic strain hardening and purely elastic materials were employed to study their effects on the flexural behavior and failure mechanism of AFS systematically. Result showed face-sheet materials affected the failure mechanism and energy absorption ability of AFS significantly. When the foam cores were sandwiched by aluminum alloy 6061, the AFS failed by face-sheet yielding and crack without collapse of the foam core, there was no clear plastic platform in the Load-Displacement curve. When the foam cores were sandwiched by stainless steel 304 and carbon fiber fabric, there were no face-sheet crack and the sandwich structure failed by core shear and collapse, plastic platform appeared. Energy absorption abilities of steel and carbon fiber reinforced AFS were much higher than aluminum alloy reinforced one. Carbon fiber was suggested as the best choice for AFS for its light weight and high performance. The versus strength ratio of face sheet to core was suggested to be a significant value for AFS structure design which may determine the failure mechanism of a certain AFS structure.
To optimize the conductivity and to reduce the weight by as much as possible, Al-Cu composites were prepared through a suction-casting procedure. Pure copper metal foam was infiltrated by melted aluminum with the use of the vacuum, after which warm rolling was conducted to remove several remaining pores at the interface between the Cu foam and the aluminum matrix. Despite the short casting time, significant dissolution of Cu into the melt was observed. Moreover, it was found that various Al-Cu intermetallic compounds arose at the interface during the isothermal heating process after the casting and rolling steps. The average thickness of the Al-Cu intermetallic compound tended to increase in proportion to the heating time. The electrical and thermal conductivity levels of the cast composites were found to be comparatively low, mainly due to the dissolution of the Cu foam and the formation of intermetallics at the interface.
Aluminium foam material is a highly porous material having complicated cellular structure defined by randomly distributed air pores in metallic matrix. this structure gives the aluminium a set of properties which cannot be achieved by any of conventional treatments. The properties of aluminium foam material significantly depend on its porosity, so that a desired profile of properties can be tailored by changing the foam density. Melting method is the one of foaming processes, which the production has long been considered difficult to realize becaues of such problems as the low foamability of molten metal, the varying size of. cellular structures, solidification shrinkage and so on. These problems, however, have gradually been solved by researchers and some manufacturers are now producing foamed aluminum by their own methods. Most of all, the parameters of solving problem in electric furnace were stirring temperature, stirring velocity, foaming temper:iture, and so on. But it has not considered about those in induction heating, foaming velocity and foaming temperature in semi-solid state yet. Therefore, this paper presents the effects on these parameter to control cell size, quantity and distribution.
균일한 열유속을 갖는 가열된 평판에 부착된 발포 알루미늄에 대한 충돌제트의 열유동 특성에 대한 실험적 연구가 수행되었다. 열전달 특성에 대한 기공도, 다공성 물질의 두께, Reynolds 수의 영향이 고찰되었다. 실험결과 가열평판에 부착된 발포 알루미늄에 의해 열전달의 증가를 얻을 수 있었고 다공성 물질의 삽입에 의한 열전달 증가는 열전달 표면적의 증가와 압력 손실에 의한 운동량 감소에 의해 영향을 받는 것을 확인하였다.
Foamed metal has become an attractive material, which has unique physical, thermal, acoustic, damping and mechanical properties, because large amount of pores are distributed in the metal matrix. Therefore, metal foam can be used for the light weight application in automotive, locomotive, aerospace fields. Aluminum foams have been developed successfully and will be employed in the next generation of energy absorption boxes. Magnesium alloys are most eligible candidate to substitute aluminum alloy, especially for lower density and higher damping properties in wide industrial fields. Magnesium alloy foams are expected to be particularly advantageous due to two thirds the density of aluminum. However, foaming magnesium have been weakness of high activity, difficult processing and very dangerous. In order to upgrade this problem, AM50 magnesium alloy which has better characteristic is safe to use through foaming time and alloying element in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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