Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.4
s.247
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pp.393-401
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2006
The influences of stress triaxiality on ductile fracture have been investigated for various specimens and structures. With respect to a transferability issue, recently, the interests on local approaches reflecting micromechanical specifics are increased again due to rapid progress of computational environments. In this paper, the applicability of the local approaches has been examined through a series of finite element analyses incorporating modified GTN and Rousselier models as well as fracture toughness tests. The ductile crack growth of nuclear carbon steels is assessed to verify the transferability among compact tension (CT) specimens with different in-plane size. At first, the basic material constants were calibrated for standard CT specimens and used to predict fracture resistance (J-R) curves of larger CT specimens. Then, the in-plane size effects were examined by comparing the numerically estimated J-R curves with the experimentally determined ones. The assessment results showed that the in-plane size effect should be considered for realistic engineering application and the damage models might be used as useful tool for ductile fracture evaluation.
In efforts to characterize and understand the properties and processing of phenylethynyl-terminated imide (LaRC PETI-5, simply referred to as PETI-5) oligomers and polymers as a high-temperature sizing material for carbon fiber-reinforced polymer matrix composites, PETI-5 imidization and thermal curing behaviors have been extensively investigated based on the phenylethynyl end-group reaction. These studies are reviewed here. In addition, the use of PETI-5 to enhance interfacial adhesion between carbon fibers and a bismaleimide (BMI) matrix, as well as the dynamic mechanical properties of carbon/BMI composites, are discussed. Reports on the thermal expansion behavior of intercalated graphite flake, and the effects of exfoliated graphite nanoplatelets (xGnP) on the properties of PETI-5 matrix composites are also reviewed. The dynamic mechanical and thermal properties and the electrical resistivity of xGnP/PETI-5 composites are characterized. The effect of liquid rubber amine-terminated poly(butadiene-co-acrylonitrile) (ATBN)-coated xGnP particles incorporated into epoxy resin on the toughness of xGnP/epoxy composites is examined in terms of its impact on Izod strength. This paper provides an extensive overview from fundamental studies on PETI-5 and xGnP, as well as applied studies on relevant composite materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.12
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pp.2109-2115
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2001
Miniaturized specimen technology is useful to characterize the mechanical behavior when it is difficult to sample the material enough for the test. In this study, two kinds of miniaturized Charpy impact specimens(i.e., miniaturized specimen with side groove and without side groove) of aged 1Cr- lMo-0.25V steel were prepared and tested. The relationship between the extent of degradation in terms of ductile brittle transition temperature(DBTT) and the fracture stress of 1Cr-1Mo-0.25V steel was established. The fracture stress obtained from miniaturized specimen without side groove turned out to be linearly related with the DBTT of standard specimen. Therefore the fracture toughness of aged turbine rotor steel might be evaluated by the fracture stress. In addition, the correlation between DBTT of standard specimen and that of miniaturized specimen was investigated. As the results of normalizing DBTT by maximum elastic tensile stress, the normalized DBTT of miniaturized specimen without side groove allows one to estimate that of standard specimen.
This paper investigates the effect of prolonged high temperature exposure on concentric laminated $Al_2O_3-ZrO_2$ composites. An ultrafine scale microstructure with a cellular 7 layer concentric lamination with unidirectional alignment was fabricated by a multi-pass extrusion method. Each laminate in the microstructure was $2-3{\mu}m$ thick. An alternate lamina was composed of 75%$Al_2O_3$-(25%m-$ZrO_2$) and t-$ZrO_2$ ceramics. The composite was sintered at $1500^{\circ}C$ and subjected to $1450^{\circ}C$ temperature for 24 hours to 72 hours. We investigated the effect of long time high temperature exposure on the generation of residual stress and grain growth and their effect on the overall stability of the composites. The residual stress development and its subsequent effect on the microstructure with the edge cracking behavior mechanism were investigated. The residual stress in the concentric laminated microstructure causes extensive micro cracks in the t-$ZrO_2$ layer, despite the very thin laminate thickness. The material properties like Vickers hardness and fracture toughness were measured and evaluated along with the microstructure of the composites with prolonged high temperature exposure.
Ok Myoung-Ryul;Ju Jang-Bog;Lee Jeong-Hwan;Ahn Jeong-Hoon;Nahm Seung Hoon;Lee Hae-Moo;Kwon Dongil
한국가스학회:학술대회논문집
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1997.09a
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pp.78-85
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1997
Indentation and small punch tests are very powerful methods to monitor the materials reliability since they are very simple, easy and almost non-destructive. First, recently-developed continuous indentation test can provide the more material properties such as hardness, elastic modulus, yield strength, work-hardening exponent, etc., than the conventional hardness test. In our study, the true stress-strain curve was derived from the indentation load-depth curve for spherical indentation. In detail, the strain was able to be obtained from plastic depth/contact radius ratio, and the flow stress was from mean contact pressure through the analysis of elastic-plastic indentation stress field. Secondly, the small punch test was studied to evaluate the fracture toughness and defomation properties such as elastic modulus and yield strength. Like the indentation test, this test can be applied without severe damage of the target structure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.1
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pp.71-84
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1992
Polymer-Impregnated Concrete(PIC) is a composite material of concrete and polymer. PIC has superior properties compared to conventional cement concrete, such as strength, stiffness, toughness, durability, water-proofing, chemical resistance. However, the usage of PIC has been limited to repairing materials and non-structural applications due to the lack of the design criteria and the analytical model to determine structural behavior. The objective of this study is experimentally to develop the optimum mixing proportions of polymer impregnants and the stress-strain responses, the strength characteristics, the fatigue and creep behaviors, and the durabilities of MMA(methyl methacrylate)-based PIC.
The concrete-filled steel tube (CFT) columns have several benefits of high load-bearing capacity, inherent ductility and toughness because of the confinement effect of the steel tube on concrete and the restraining effect of the concrete on local buckling of steel tube. However, the experimental research into the behavior of square CFT columns consisting of high-strength steel and high-strength concrete is limited. Six full scale CFT specimens were tested under flexural moment. The CFT columns consisted of high-strength steel tubes ($f_y$ = 325 MPa, 555 MPa, 900 MPa) and high-strength concrete ($f_{ck}$ = 80 MPa and 120 MPa). The ultimate capacity of high strength square CFT columns was compared with AISC-LRFD design code. Also, this study was focused on investigating the effect of high-strength materials on the structural behavior and the mathematical models of the steel tube and concrete. Nonlinear fiber element analyses were conducted based on the material model considering the cyclic bending behavior of high-strength CFT members. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
Soft clay soils due to their various geotechnical problems, stabilized with different additives. Traditional additives such as cement and lime will not able to increase the soil strength properties significantly. So, it seems necessary to use new additives for increasing strength parameters of soft clay soils significantly. Among the new additives, epoxy resins have excellent physical and mechanical properties, low shrinkage, excellent resistance to chemicals and corrosive materials, etc. So, in this research, epoxy resin used for stabilization of soft clay soils. For comprehensive study, three clay soil samples with different PI and various clay mineral types were studied. A series of uniaxial tests, SEM and XRD analysis conducted on the samples. The results show that using epoxy resin increases the strength parameters such as UCS, elastic modulus and material toughness about 100 to 500 times which the increase was dependent on the type of clay minerals type in the soil. Also, In addition to water conservation, the best efficiency in the weakest and most sensitive soils is the prominent results of stabilization by epoxy resin which can be used in different climatic zones, especially in hot and dry and equatorial climate which will be faced with water scarcity.
Metal matrix composites(MMC) consist of metal matrix into which is distributed a second solid phase. The normal intension is to develop a material with superior mechanical properties (for example increased toughness, stiffness and wear resistance) compared to those inherent in the matrix component. In this study, WC-12%Co/low carbon steel MMC overlays have been prepared by Gas Metal Arc Welding(GMAW) according to feeding rate of WC-12%Co grit. The macro and microstructures were examined using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy(SEM) each other. The characteristics of hardness and wear resistance have been investigated. WC-12%Co/low carbon steel MMC overlays which have been taken good beads without porosity and cracks were manufactured by method of GMAW. Matrix of overlayed surface was seen as fish bone and faceted dendrite structures. It was known that structures were iron tungsten carbides, Fe$_{6}$W$_{6}$C which have been occurred by melting of WC-12%Co grits. After MMC had been tested by block-roll wear test it was known that WC-12%Co/low carbon steel MMC has a excellent wear resistance by exiting Fe6w6c and WC-12%Co grit. The consequence was that region of overlay with Fe$_{6}$W$_{6}$C phase has been showed a model of adhesive wear, but region of overlay with WC-12%Co grit was restrained as a result of mechanism that wear of WC-12%Co grit is not adhesive but fracture.racture.
One of the most interesting and promising steel groups considered for the rocket motor case, aircraft and aerospace component is the maraging(martensitic plus aging) nickel steel, developed by International Nickel Company in 1960. This material attains a very high strength with good fracture toughness by simple heat treatments which do not involve a quenching. Full strength can be obtained by "maraging" at 480.deg. for 3 hours for the 18% Ni maraging steel. The effect of heat treatments was considered on the residual stress field of 18% Ni maraging steel weldments. In experiments, various heat treatments such as stress relieve heat treatment, aging and solution heat treatment were carried out of the GTA weldments and the residual stresses were measured by using the hole drilling method. Whereas the conventional pattern of residual stress shows the stresses to be maximum along the weld centerline with tensile stress extending into the heat affected zone, the pattern in maraging steels shows the centerline stress to be compressive. After welding, a series of aging, solution heat treatment and solution heat treatment plus aging treatment were carried out and the residual stresses were measured to reveal that these heat treatments almost completely remove the welding residual stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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