Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.3
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pp.125-132
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2007
The purpose of present paper is to investigate a fracture characteristics of the finite-width single-edge-notch(SEN) carbon fiber/epoxy reinforced plastics(CFRP) plates by using an acoustic emission(AE). Uni-directionally oriented 10 plies CFRPs specimen which had different notch length were prepared for monotonic tensile test. Matrix cracking appeared over whole testing process and fiber breaking appeared later on mainly Load distribution factor of the matrix confirmed that increased according as increases of plate width ratio. The amplitude distribution of AE signal from a specimens is an aid to the determination of the different fracture mechanism such as matrix cracking, disbonding, interfacial delamination, fiber pull-out, fiber breaking, and etc. In the result of AE amplitude distribution analysis, matrix cracking, fiber disbonding or interfacial delamination, and fiber pull-out or fiber breaking signal correspond to <65dB, <75dB, and <90dB respectively, Also, changes of the slope of cumulative AE energy represented crazing phenomena or degradation of materials.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.10
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pp.183-190
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2003
Major device failures such as die cracking, interfacial delamination and warpage in flip chip packages are due to excessive heat and thermal gradients- There have been significant researches toward understanding the thermal performance of electronic packages, but the majority of these studies do not take into account the combined effects of thermo-mechanical interactions of the different package constituents. This paper investigates the thermo-mechanical performance of flip chip package constituents based on the finite element method with thermo-mechanically coupled elements. Delaminations with different lengths between the silicon die and underfill resin interfaces were introduced to simulate the defects induced during the assembly processes. The temperature gradient fields and the corresponding stress distributions were analyzed and the results were compared with isothermal case. Parametric studies have been conducted with varying thermal conductivities of the package components, substrate board configurations. Compared with the uniform temperature distribution model, the model considering the temperature gradients provided more accurate stress profiles in the solder interconnections and underfill fillet. The packages with prescribed delaminations resulted in significant changes in stress in the solder. From the parametric study, the coefficients of thermal expansion and the package configurations played significant roles in determining the stress level over the entire package, although they showed little influence on stresses profile within the individual components. These observations have been implemented to the multi-board layer chip scale packages (CSP), and its results are discussed.
The bending strength characteristics and local deformation behaviors of honeycomb sandwich composites were investigated using three-point bending experiment and finite element simulation with a real model of honeycomb core. Two kinds of cell sizes of honeycomb core, two kinds of skin layer thicknesses, perfect bonding specimen as well as initial delamination specimen were used for analysis of stress and deformation behaviors of honeycomb sandwich beams. Various failure modes such as skin layer yielding, interfacial delamination, core shear deformation and local buckling were considered. Its simulation results were very comparable to the experimental ones. Consequently, cell size of honeycomb core and skin layer thickness had dominant effects on the bending strength and deformation behaviors of honeycomb sandwich composites. Specimens of large core cell size and thin skin layer showed that bending strength decreased by $30\~68\%$.
Rubber hose assembly for automotive hydraulic brake during operation is subject to combined stresses of cyclic pressure, cyclic bending and torsion as well as thermal load. The rubber hose is composed of ethylene-propylene diene monomer(EPDM) rubber layers reinforced by polyvinyl acetate(PVA) braided fabrics. A durability tester with loading rigs for inducing the above cyclic stresses was used to investigate failure mechanisms in the rubber hose assembly. Failure examination was performed at every 100 thousands cycles of bending and torsion. Hose samples were sectioned with a diamond-wheel cutter and then polished. The polished surface was observed by optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Some interfacial delamination with a length of about 1mm along the interface between EPDM rubber and PVA fabrics was shown at the test cycles of 400,000. The delamination induced some cracking into the outer rubber skin layer to leading the final rupture of the hose.
Blades of horizontal axis are nowadays made of composite materials. Generally, composite materials satisfy design provides lower weight and good stiffness, while laminate composites have often damages as like the delamination and cracks at the interface of laminates. The box spar and tail parts of a blade are composed of the CFRP/GFRP hybrid laminate composites. However, delamination and the interfacial crack often occur in the interface of CFRP/GFRP hybrid laminate composites under the mixed mode fracture condition, especially mode I and mode II. Therefore, there is a need for the evaluation of the mixed mode fracture behavior during the delamination of CFRP/GFRP hybrid laminates. This study shows the experimental results for the delamination fracture toughness in CFRP/GFRP hybrid laminate composites. Fracture toughness experiments and estimation are performed by using DMMB(Dissimilar mixed mode bending) specimen. The materials used in the test are a commercial woven type CFRP(Carbon fiber reinforced plastic) prepreg(CF3327) and UD type GFRP(Glass fiber reinforced plastic) prepreg(HD224A). A CFRP/GFRP hybrid laminate composite is composed by the 10 plies CFRP and GFRP prepreg for DMMB. A thickness of CFRP and GFRP layer is 2.5mm and 3.0mm, respectively. Also the fulcrum location which is a loading parameter is changed from 80 to 100mm on the specimen of length 120mm because it defines the ratio of mode I to mode II. In this study, the effects of the fulcrum location are evaluated in the viewpoint of energy release rate in mode I and mode II contribution. The results show that the delamination crack initiates at higher displacement and lower load according to the increase of the fulcrum location ratio. And the variation of the energy release rate for mode I and II contributions for the mode mixity are shown.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.29-34
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2002
[ $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ ] laminate composites have been successfully fabricated by alternately stacking $MoSi_2-ZrO_2$ powder layer and Nb sheet, followed by hot pressing in a graphite mould. The fabricating parameters were selected as hot press temperatures. The instrumented Charpy impact test was carried out at the room temperature in order to investigate the relationship between impact properties and fabricating temperatures. The interfacial shear strength between $MoSi_2-ZrO_2$ and Nb, which is associated with the fabricating temperature and the growth of interfacial reaction layer, is also discussed. The plastic deformation of Nb sheet and the interfacial delamination were macroscopically observed. The $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ laminate composites had the maximum impact value when fabricated at 1623K, accompanying the increase of fracture displacement and crack propagation energy. The interfacial shear strength of $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ laminate composites increased with the growth of interfacial reaction layer, which resulted from the increase of fabricating temperature. there is an appropriate interfacial shear strength for the enhancement of impact value of $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ laminate composites. A large increase of interfacial shear strength restrains the plastic deformation of Nb sheet.
A 3-ply clad metal consisting of aluminum and copper was fabricated by roll bonding process and the microstructures and mechanical properties of the roll-bonded and post-roll-bonding heat treated Cu/Al/Cu clad metal were investigated. A brittle interfacial reaction layer formed at the Cu/Al interfaces at and above $400^{\circ}C$. The thickness of the reaction layer increased from $12{\mu}m$ at $400^{\circ}C$ to $28{\mu}m$ at $500^{\circ}C$. The stress-strain curves demonstrated that the strength decreased and the ductility increased with heat treatment up to $400^{\circ}C$. The clad metal heat treated at $300^{\circ}C$ with no indication of a reaction layer exhibited an excellent combination of the strength and ductility and no delamination of layers up to final fracture in the tensile testing. Above $400^{\circ}C$, the ductility decreased rasxpidly with little change of strength, reflecting the brittle nature of the intermetallic interlayers. In Cu/Al/Cu clad heat treated above $400^{\circ}C$, periodic parallel cracks perpendicular to the stress axis were observed at the interfacial reaction layer. In-situ optical microscopic observation revealed that cracks were formed in the Cu layer due to the strain concentration in the vicinity of horizontal cracks in the intermetallic layer, promoting the premature fracture of Cu layer. Vertical cracks parallel to the stress axis were also formed at 15% strain at $500^{\circ}C$, leading to the delamination of the Cu and Al layers.
Fiber-metal laminates (FMLs) and polymer matrix composites (PMCs) are formed in various ways. In particular, FMLs in which aluminum is laminated as a reinforced layer are widely used. Also, glass fiber-reinforced plastics (GFRPs) are generally applied as fiber laminates. The bonding interface layer between the aluminum and fiber laminate exhibits low strength when subjected to hot press fabrication in the event of delamination fracture at the interface. This study presents a simple method for strengthening the interface bonding between the aluminum metal and GFRP layer of FML composites. The surfaces of the aluminum interface layer are engraved with three kinds of patterns by using the laser machine before the hot press works. Furthermore, the effect of the laser patterns on the interfacial toughness is investigated. The interfacial toughness was evaluated by the energy release rate (G) using an asymmetric double cantilever bending specimen (ADCB). From the experimental results, it was shown that the strip type pattern (STP) has the most proper pattern shape in GFRP/Al FML composites. Therefore, this will be considered a useful method for the safety assessment of FML composite structures.
The post ion implantation has been applied to modify early-grown BN layer and improve the adhesion of the BN films. The effect of ion implantation doses on microstructure and interlayer was investigated by FTIR and HRTEM. And the hardness and delamination life time of N+-implanted BN films were measured. With increasing the ion dose up to $5.0\times10^{15}\textrm{atoms/cm}^2$,the change of IR spectrum is observed. At $5.0\times10^{16}\textrm{atoms/cm}^2$, a drastic transition of cubic phase into hexagonal phase is detected. The change of microstructure of early-grown layers by ion implantation is confirmed using HRTEM. Both microhardness and delamination life time of BN films increase with ion dose. The modification model of early-grown BN layers is briefly discussed based on the displacement per atom and excess boron in the BN film induced by ion irradiation.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.24
no.4
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pp.151-157
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2014
The degradation mechanisms of thermal barrier coatings (TBCs) were investigated in different thermal fatigue condition in terms of microstructural analyses. The isothermal and cyclic oxidation tests were conducted to atmospheric plasma sprayed-TBCs on NIMONIC 263 substrates. The delamination occurred by the oxide layer formation at the interface, the Ni/Cr-based oxide was formed after Al-based oxide layer grew up to ${\sim}10{\mu}m$ in the isothermal condition. In the cyclic oxidation with dwell time, the failure occurred earlier (500 hr) than in the isothermal oxidation (900 hr) at same temperature. The thickness of Al-based oxide layer of the delaminated specimen in the cyclic condition was ${\sim}4{\mu}m$ and the interfacial cracks were observed. The acoustic emission method revealed that the cracks generated during the cooling step. It was considered that the specimens were prevented from the formation of the Al-based oxide by cooling treatment, and the degradation mode in the cyclic test was dominantly interfacial cracking by the difference of thermal expansion coefficients of the coating layers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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