The thermal expansion coefficient, which causes the micro failure at the interfacial state of thin films is necessary to consider for proper designing MEMS. The effect of temperature on the coefficient of thermal expansion(CTE) of $SiO_2$ and $Si_3N_4$ film was investigated. Thermal strain induced by mismatch of CTE between substrate and thin film continuously measured with resolution-improved electronic speckle pattern interferometry(ESPI). The thermal stress induced by mismatch of CTE derivate through thermal strain. The thermal expansion coefficients of thin film were calculated with the general equation of CTE and thermal stress in thin films, and it confirmed that CTE of $SiO_2$changed from $0.25{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ to $1.4{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ with temperature increasing from 50 to $600^{\circ}C$
On, Han-Yong;Kong, Jung-Hyun;Kim, Mi-Jeong;Park, Sang-Joon;Kang, Chang-Yong;Sung, Jang-Hyun
열처리공학회지
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제23권5호
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pp.263-268
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2010
This investigation was focused on the low temperature tensile properties, phase change, changes in nitrogen content and corrosion resistance in the 22Cr-5Ni-3Mo duplex stainless steel after high temperature gas nitriding and solution annealing (HTGN-SA). From the HTGN-SA treatment, the duplex (ferrite + austenite) phase changed into austenite single phase. The nitrogen content of austenite single-phase steel showed a value of ~0.54%. For the HTGN-SA treated austenitic steel, tensile strength increased with lowering test temperature, on the other hand elongation showed the maximum value of 28.2% at $-100^{\circ}C$. The strain-induced martensitic transformation gave rise to lead the maximum elongation. After HTGN-SA treatment, corrosion resistance of the austenite single-phase steel increased remarkably compared with HTGN- treated steel.
This paper studies mechanical behavior of the superelastic shape memory alloy (SMA) rods in terms of local deformations and time via tensile loading-unloading cycles for both ends fixed end constraints. Besides the unique stress induced martensitic transformation (SIMT), SMA's time dependent behavior when it is in mixed-phase condition upon loading and unloading, also need careful attention with a view of investigating the local deformation of the structural elements made of the same material. With this perspective, the so-called stress-relaxation tests have been performed to demonstrate and investigate the local strains-total strains relationships with time, particularly, during the forward SIMT. Some remarkable phenomena have been observed pertaining to SIMT, which are absent in traditional materials and those unique phenomena have been explained qualitatively. For example, at the stopped loading conditions the two ends (fixed end and moving end of the tensile testing machine) were in fixed positions. So that there was no axial overall deformation of the specimen but some notable increase in the axial local deformation was shown by the extensometer placed at the middle of the SMA specimen. It should be noted that this peculiar behavior termed as 'inertia driven SIMT' occurs only when the loading was stopped at mixed phase condition. Besides this relaxation test for the SMA specimens, the same is performed for the mild steel (MS) specimens under similar test conditions. The MS specimens, however, show no unusual increase of local strains during the stress relaxation tests.
An elastic-plasticity model during the austenitic decomposition was derived and implemented to incorporate the two important deformation behaviors observed during the phase transformations: the volumetric strain and transformation induced plasticity due to the temperature change and phase transformation. To obtain transformed phase volume fractions during cooling, the fourth order Runge-Kutta method was used to solve the Kirkaldy's phase kinetics model which is function of temperature, austenitic grain size and chemical composition. The volumetric strain was calculated by considering the densities of constituent phases, while the transformation induced plasticity was based on the micro-plasticity due to the volume mismatch between soft austenitic phase and other harder phases. The constitutive equations were implemented into the implicit finite element software and a simple boundary value problem was chosen as a model problem to validate the effect of transformation plasticity on the deformation behavior of steel under cooling from high temperature. It was preliminary concluded that the transformation plasticity plays a critical role in relaxing the developed stress during forming and thus reducing the magnitude of springback.
For decades, traditional mutation breeding technologies using spontaneous mutation, chemicals, or conventional radiation sources have contributed greatly to the improvement of crops and microorganisms of agricultural and industrial importance. However, new mutagens that can generate more diverse mutation spectra with minimal damage to the original organism are always in need. In this regard, ion beam irradiation, including proton-, helium-, and heavier-charged particle irradiation, is considered to be superior to traditional radiation mutagenesis. In particular, it has been suggested that ion beams predominantly produce strand breaks that often lead to mutations, which is not a situation frequently observed in mutagenesis induced by gamma-ray exposure. In this review, we briefly describe the general principles and history of particle accelerators, and then introduce their successful application in ion beam technology for the improvement of crops and microbes. In particular, a 100-MeV proton beam accelerator currently under construction by the Proton Engineering Frontier Project (PEFP) is discussed. The PEFP accelerator will hopefully prompt the utilization of ion beam technology for strain improvement, as well as for use in nuclear physics, medical science, biology, space technology, radiation technology and basic sciences.
The fatigue crack growth behavior of the cold-rolled STS 304 steel developed for membrane material of LNG storage tank was examined experimentally at 293K, 153K and 111K. The fatigue crack growth rate(do/dN) tends to increase as the stress ratio (R) increases over the testing temperature when compared at the same stress intensity factor range($\Delta$K). The effect of R on do/dN is more explicit at low temperatures than at room temperature. The resistance of fatigue crack growth at low temperatures is higher compared with that at room temperature which is attributed to the extent of strain-induced martensitic transformation at the crack tip. The temperature dependence of fatigue crack growth resistance is gradually vanished with an increase in $\Delta$K which correlates with a decreasing fracture toughness with decreasing temperature. Fractographic examinations reveal that the differences of the fatigue crack growth characteristics between room and low temperature are mainly explained by the crack closure and the strengthening due to the martensitic transformation.
The thermoelectric Seebeck and Peltier effects of a single walled carbon nanotube (SWCNT) quantum dot nanodevice are investigated, taking into consideration a certain value of applied tensile strain and induced ac-field with frequency in the terahertz (THz) range. This device is modeled as a SWCNT quantum dot connected to metallic leads. These two metallic leads operate as a source and a drain. In this three-terminal device, the conducting substance is the gate electrode. Another metallic gate is used to govern the electrostatics and the switching of the carbon nanotube channel. The substances at the carbon nanotube quantum dot/metal contact are controlled by the back gate. Results show that both the Seebeck and Peltier coefficients have random oscillation as a function of gate voltage in the Coulomb blockade regime for all types of SWCNT quantum dots. Also, the values of both the Seebeck and Peltier coefficients are enhanced, mainly due to the induced tensile strain. Results show that the three types of SWCNT quantum dot are good thermoelectric nanodevices for energy harvesting (Seebeck effect) and good coolers for nanoelectronic devices (Peltier effect).
This paper aims to evaluate the effect of typhoons on fatigue damage accumulation in steel decks of long-span suspension bridges. The strain-time histories at critical locations of deck sections of long-span bridges during different typhoons passing the bridge area are investigated by using on-line strain data acquired from the structural health monitoring system installed on the bridge. The fatigue damage models based on Miner's Law and Continuum Damage Mechanics (CDM) are applied to calculate the increment of fatigue damage due to the action of a typhoon. Accumulated fatigue damage during the typhoon is also calculated and compared between Miner's Law and the CDM method. It is found that for the Tsing Ma Bridge case, the stress spectrum generated by a typhoon is significantly different than that generated by normal traffic and its histogram shapes can be described approximately as a Rayleigh distribution. The influence of typhoon loading on accumulative fatigue damage is more significant than that due to normal traffic loading. The increment of fatigue damage generated by hourly stress spectrum for the maximum typhoon loading may be much greater than those for normal traffic loading. It is, therefore, concluded that it is necessary to evaluate typhoon induced fatigue damage for the purpose of accurately evaluating accumulative fatigue damage for long-span bridges located within typhoon prone regions.
Extinction characteristics of hydrogen-air diffusion flames at various pressures are investigated numerically by adopting counterflow flame configuration as a model flamelet. Especially, effect of radiative heat loss on flame extinction is emphasized. Only gas-phase radiation is considered here and it is assumed that $H_2O$ is the only radiating species. Radiation term depends on flame thickness, temperature, $H_2O$ concentration, and pressure. From the calculated flame structures at various pressures, flame thickness decreases with pressure, but its gradient decreases at high pressure. Flame temperature and mole fraction of $H_2O$ increase slightly with pressure. Accordingly, as pressure increases, radiative heat loss becomes dominant. When radiative heat loss is considered, radiation-induced extinction is observed at low strain rate in addition to transport-induced extinction. As pressure increases, flammable region, where flame is sustained, shifts to the high-temperature region and then, shrunk to the point on the coordinate plane of flame temperature and strain rate. The present numerical results show that radiative heat loss can reduce the operating range of a combustor significantly.
본 연구에서는 최근 뉴질랜드의 Christchurch 지역의 2011년 2월 22일의 지진규모(Mw) 6.2 지진발생 후 얻어진 데이터를 이용하여 지진에 의한 지하 상수도관 시스템의 성능에 주안점을 두고 연구를 수행하였다. 이 논문은 액상화로 인하여 발생된 영구지반변형지역과 서로 다른 재질의 상수도관에 따라 1 km 당 손상갯수로 산정되는 손상율을 액상화 지역에서의 지진발생 전후에 얻어진 높은 해상도의 라이다데이터로부터 계산된 부등침하와 횡방향 지반변형률의 관계를 통하여 산정하였다. 본 연구에서는 영구지반변형에 따른 매설된 상수도관의 지진성능을 요약하여 설명하였으며 연구결과 연성이 매우 큰 폴리에틸렌 상수도관이 매우 우수한 지진성능을 가지고 있음을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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