The application of fractal concept provides an useful method in the study for the quantitative analysis of irregular variations like the fracture surfaces and crack profiles. Fractal curves have characteristics that represents a self-similarity based on the fractal dimension. The fractal dimensions were obtained by the box counting method. In this report, we obtained the nearly stable fractal dimensions of fracture crack profiles for STS316 with CT specimen as the crack advances and the relationships between crack length and fractal dimension. Moreover fractal fracture parameter that corresponds to J-R curve is shown by the relationships between fractal dimension and crack extension. From the results, we concluded that crack extension of high toughness material also shows the fractal characteristics, which can be used in order to evaluate the crack life precisely.
For most engineering materials are influenced by the dominant mechanism resisting crack extention under large scale yielding conditions. Continuum mechanics analysis shows that fracture toughness, in addition to depending on young's modulus, flow stress strain hardening exponent, and yield strain, should be nearly proportoinal to the effective fracture ductility obtained for the stress state characteristic for region ahead of the crack; plane stress or plane strain. It's known that, in most ductile materials, crack propagation of the material strongly governed by the $J_{IC}$ value, which is still difficult to determine for it's complicate and treble-some determinative process. This paper, on the assumption that, initiation of crack tip strain field reaches on the relationships between the critical value of J-integral ($J_{IC}$) and the local fracture strain(${\varepsilon}_c$) in uniaxial tensile test in the region of maximun reduction areas was described.
This investigation was undertaken to establish the technologies of grain refinement and modification, and to characterize material properties, essential for high quality aluminum alloy castings. Grain refinement seldom changed DAS and eutectic Si size, but largely decrease grain size. The variations of grain size induced by grain refinement had a great influence on the elongation without changes in the tensile strength or yield strength. The optimum Ti level lies between 0.1% and 0.16% to achieve the best possible mechanical properties. DAS and grain size were little affected, but eutectic Si size was greatly refined by modification. The variation of eutectic Si size had a great effect on the elongation, impact value, fracture toughness and fatigue crack propagation rate without changes in the tensile strength or yield strength. The Sr content of 0.015% is optimum to modification.
Park, Seong-Jin;Johnson, John L.;German, Randall M.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.362-363
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2006
Nano-structured tungsten carbide compacts with cobalt matrices (WC-Co) offer new opportunities for achieving superior hardness and toughness combinations. A unified modeling and simulation tool has been developed to produce maps of sintering pathways from nanocrystalline WC powder to sintered nano-structured WC-Co compacts. This tool includes (1) die compaction, (2) grain growth, (3) densification, (4) sensitivity analysis, and (5) optimization. All material parameters were obtained by curve fitting based on results with two WC-Co powders. Critical processing parameters are determined based on sensitivity analysis and are optimized to minimize grain size with high density.
The friction and wear characteristics of dental composite resins such as Charisma, Elitefil, TPH and Veridonfil were investigated. Furthermore, The surface characteristics examination, the analysis of contents of filler, Victors hardness and fracture toughness measurement of composite resins were preformed. The wear test applied ball to move reciprocationally on flat wear tester at room temperature. Microstructure of surfaces and worn surfaces were observed by SEM. Experimental results indicate that the friction coefficient of TPH was quite low, and the wear resistance of TPH was better than that of Charisma, Elitefil or Veridonfil at the same condition. The main wear mechanism was found to be plastic flow and abrasive wear by failure of filler's bond to the matrix.
In this paper, the mechanical performance of cracked surface-coated Zircaloy cladding, which has different coating materials, coating thicknesses and initial crack lengths, has been investigated. By analyzing the stress field near the crack tip, the safety zone range of initial crack length has been decided. In order to determine whether the crack can propagate along the radial (r) or axial (z) directions, the energy release rate has been calculated. By comparing the energy release rate with fracture toughness of materials, we can divide the initial crack lengths into three zones: safety zone, discussion zone and danger zone. The results show that Cr is suitable coating material for the cladding with a thin coating while Fe-Cr-Al have a better fracture mechanical performance in the cladding with thick coating. The Si-coated and SiC-coated claddings are suitable for reactors with low power fuel elements. Conclusions in this paper can provide reference and guidance for the cladding design of nuclear fuel elements.
Kim, Kihyuk;Kim, Kiwon;Sim, Hoseop;Bae, Kangho;Hong, Hyunuk;Park, Byunggyu
Journal of Welding and Joining
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v.33
no.5
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pp.35-40
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2015
Characterization of microstructures and mechanical properties of 83mm thickness EH36-TM welds produced by the combined flux cored arc (FCA) and electro gas (EG) welding processes has been studied with the two different groove conditions, single-V (SV) and double-V (DV) bevels. The welding consumables used for FCA and EG welding processes were ASME/AWS A5.29 (E81T1-K2) and A5.26 (EG72T), respectively. Experimental results showed that all the mechanical properties of welds such as tensile property, CVN toughness and Vickers hardness met IACS requirements. The tensile strength of EG welded plates were reduced by approximately 4% (DV: 3.8%, SV: 4.2%) compared to the base metal. The hardness value of SV-beveled weld metal was slightly lower than that of DV-beveled one. There were no significant differences as per welding groove conditions except for the weld metal. In addition, at the fusion line, the toughness of SV condition was 20J lower and the weld metal was 40J lower than DV condition, respectively. On the basis of microstructural analysis, grain boundary ferrite (GBF) structures for SV condition were 2 times higher volume fraction than for DV condition and their packet sizes were coarsened to almost double. It was thus suggested that the GBF volume fractions and packet sizes in the weld metal of EH36-TM steel plates are the most important factors affecting the mechanical properties of the combined FCA and EG welded joint. Nevertheless, all the results of welds with both DV and SV conditions were found to be excellent.
Kim, Jin Weon;Choi, Myung Rak;Oh, Young Jin;Park, Heung Bae;Kim, Kyung Su
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.7
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pp.729-736
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2015
In this study, the effects of specimen size and side-groove on the results of the J-R test for leak-before-break (LBB) evaluation were investigated. A series of J-R tests were conducted at both RT and $316^{\circ}C$, using three different sizes of compact tension (CT) specimens machined from SA508 Gr.1a piping material: 12.7 mm-thick 1T-CT, 25.4 mm-thick 1T-CT, and 25.4 mm-thick 2T-CT with and without side-groove. The results showed that side-grooving reduced the J-R curve for all specimens and the effect of side-grooving was more significant at $316^{\circ}C$ than at RT. As the thickness of the specimens decreased and the width of the specimens increased, the J-R curve slightly decreased at RT but it increased at $316^{\circ}C$. However, the variation in the J-R curve of SA508 Gr.1a with the thickness and width of CT specimen was insignificant.
The objective of this study was to characterize the mechanical properties of $Y_{2}O_{3}$-containing glass infiltrated ceramic core material, which was made by pressureless powder packing method. A pure alumina powder with a grain size of about $4{\mu}m$ was packed without pressure is silicon mold to form a bar shaped sample, and applied PVA solution as a binder. Samples were sinterd at $1350^{\circ}C$ for 1 hour. After cooling, $Y_{2}O_{3}$-containing glass($SiO_{2},\;Y_{2}O_{3},\;B_{2}O_{3},\;Al_{2}O_{3}$, ect) was infiltrated to the sinterd samples at $1300^{\circ}C$ for 2 hours and cooled. Six different proportions $Y_{2}O_{3}$ of were used to know the effect of the mismatch of the thermal expansion coefficient between alumina powder and glass. The samples were ground to $3{\times}3{\times}30$ mm size and polished with $1{\mu}m$ diamond paste. Flexural strength, fracture toughness, hardness and other physical properties were obtained, and the fractured surface was examined with SEM and EPMA. Ten samples of each group were tested and compared with In-Ceram(tm) core materials of same size made in dental laboratory. The results were as follows : 1. The flexural strengths of group 1 and 3 were significantly not different with that of In-Ceram, but other experimental groups were lower than In-Ceram. 2. The shrinkage rate of samples was 0.42% after first firing, and 0.45% after glass infiltration. Total shrinkage rate was 0.87%. 3. After first firing, porosity rate of experimental groups was 50%, compared with 22.25% of In-Ceram. After glass infiltration, porosity rate of experimental groups was 2%, and 1% in In-Ceram. 4. There was no statistical difference in hardness between two materials tested, but in fracture toughness, group 2 and 3 were higher than In-Ceram. 5. The thermal expansion coefficients of experimental groups were varied to $4.51-5.35{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ according to glass composition, also the flexural strengths of samples were varied. 6. In a view of SEM, many microparticles about $0.5{\mu}m$ diameter and $4{\mu}m$ diameter were observed in In-Ceram. But in experimental group, the size of most particles was about $4{\mu}m$, and a little microparticles was observed. The results obtained in this study showed that the mismatch of the thermal expansion coefficients between alumina powder and infiltrated glass affect the flexural strength of alumin/glass composite. The $Y_{2}O_{3}$-containing glass infiltrated ceramic core made by powder packing method will takes less time and cost with sufficient flexural strength similar to all ceramic crown made with slip casting technique.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.3
no.1
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pp.40-49
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1986
Crack, craze and void are common defects which may be found in the bulk of polymeric materials such as either themoplastics or thermosets. The healing phenomena, autohesion, of these defects are known to be a intrinsic material property of various polymeric materials. However, only a few experimental and theoretical investigations on crack, void and craze healing phenomena for various polymeric materials have been reported up to date [1, 2, 3]. This may be partly due to the complications of healing processes and lacking of appropriate theoretical developments. Recently, some investigators have been urged to study the healing phenomena of various polymenic materials since the significance of the use of polymer based alloys or composites has been raised in terms of specific strength and energy saving. In the earlier published reports [1, 2, 3, 4], the crack and void healing velocity, healing toughness and some other healing mechanical and physical properties were measured experimentally and compared with predicted values by utilizing a simple model such as the reptation model under some resonable assumptions. It seems, however, that the general acceptance of the proposed modeling analyses is yet open question. The crack healing processes seem to be complicate and highly dependent on the state of virgin material in terms of mechanical and physical properties. Furthermore, it is also strongly dependent on the histories of crack, craze and void development including fracture suface morphology, the shape of void and the degree of disentanglement of fibril in the craze. The rate of crack healing may be a function of environmental factors such as healing temperature, time and pressure which gives different contact configurations between two separated surfaces. It seems to be reasonable to assume that the crack healing processes may be divided in several distinguished steps like stress relaxation with molecular chain arrangement, surface contact (wetting), inter- diffusion process and com;oete healing (to obtain the original strength). In this context, it is likely that we no longer have to accept the limitation of cumulative damage theories and fatigue life if it is probable to remove the defects such as crack, craze and void and to restore the original strength of polymers or polymer based compowites by suitable choice of healing histories and methods. In this paper, we wish to present a very simple and intuitive theoretical model for the prediction of healed fracture toughness of cracked or defective polymeric components. The central idea of this investigation, thus, may be the modeling of behavior of chain molecules under healing conditions including the effects of chain scission on the healing processes. The validity of this proposed model will be studied by making comparisons between theoretically predicted values and experimentally determined results in near future and will be reported elsewhere.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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