H. T. Lee;H. G. Kim;S. J. Park;Y. G. Jung;S. M. Hong
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.1
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pp.12-19
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2023
The armature core is a part responsible for the skeleton of the steering wheel. Currently, in the case of commercial trucks, the main parts of the parts are manufactured separately and then the product is produced through welding. In the case of this production method, quality and cost problems of the welded parts occur, and an integrated armature core made of magnesium alloy is used in passenger vehicles. However, in the case of commercial trucks, there is no application case and research is insufficient. Therefore, this study aims to develop an all-in-one armature core that simultaneously applies a magnesium alloy material and a die casting method to reduce the weight and improve the quality of the existing steel armature core. The product was modeled based on the shape of a commercial product, and finite element analysis (FEA) was performed through Ls-dyna, a general-purpose analysis program. Through digital image correlation (DIC) and uniaxial tensile test, the accurate physical properties of the material were obtained and applied to the analysis. A total of four types of compression were applied by changing the angle and ground contact area of the product according to the actual reliability test conditions. analysis was carried out. As a result of FEA, it was confirmed that damage occurred in the spoke area, and spoke thickness (tspoke), base thickness (tbase), and rim and spoke connection (R) were designated as design variables, and the total weight and maximum equivalent stress occurring in the armature core We specify an objective function that simultaneously minimizes . A prediction function was derived using the sequential response surface method to identify design variables that minimized the objective function, and it was confirmed that it was improved by 22%.
New piezoelectric and triboelectric materials for energy harvesting are being widely researched to reduce their processing cost and complexity and to improve their energy conversion efficiency. In this study, BaTiO3 films of various thickness were deposited on Ni foams by R.F. magnetron sputtering to study the piezoelectric and triboelectric properties of the porous spongy structure materials. Then piezoelectric nanogenerators (PENGs) were prepared with spongy structured BaTiO3 and PDMS composite. The output performance exhibited a positive dependence on the thickness of the BaTiO3 film, pushing load, and poling. The PENG output voltage and current were 4.4 V and 0.453 ㎂ at an applied stress of 120 N when poled with a 300 kV/cm electric field. The electrical properties of the fabricated PENG were stable even after 5,000 cycles of durability testing. The triboelectric nanogenerators (TENGs) were fabricated using spongy structured BaTiO3 and various polymer films as dielectrics and operated in a vertical contact separation mode. The maximum peak to peak voltage and current of the composite film-based triboelectric nanogenerator were 63.2 V and 6 ㎂, respectively. This study offers new insights into the design and fabrication of high output nanogenerators using spongy structured materials.
In this work, diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)/polyetherimide (PEI) blends were cured using 4,4-diaminodiphenyl methane (DDM). And the effects of addition of different PEI contents to neat DGEBA were investigated in the thermal properties and fracture toughness of the blends. The contents of contents of containing PEI were varied in 0, 2.5, 5, 7.5, and 10 phr. The cure activation energies ($E_a$) of the cured specimens were determined by Kissinger equation and the mechanical interfacial properties of the specimens were performed by critical stress intensity factor ($K_{IC}$). Also their surfaces were examined by using a scanning electron microscope (SEM) and the surface energetics of blends was determined by contact angles. As a result, $E_a$ and $K_{IC}$ showed maximum values in the 7.5 phr PEI. This result was interpreted in the increment of the network structure of DGEBA/PEI blends. Also, the surface energetics of the DGEBA/PEI blends showed a similar behavior with the results of $K_{IC}$. This was probably due to the improving of specific or polor component of the surface free energy of DGEBA/PEI blends, resulting in increasing the hydrogen bonding of the hydroxyl and imide groups of the blends.
Park, Soo-Jin;Lee, Hwa-Young;Han, Mijeong;Hong, Sung-Kwon
Journal of Adhesion and Interface
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v.4
no.1
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pp.1-8
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2003
In this work, the effect of PMR-15 content on the variation of surface free energy of the DGEBA/PMR-15 blend system was investigated in terms of contact angles and mechanical interfacial tests. Based on FT-IR result of the blend system. C=O (1,772, $1,778cm^{-1}$) and C-N ($1,372cm^{-1}$) peaks appeared with imidization of PMR-15 and -OH ($3,500cm^{-1}$) peak showed broadly at 10 phr of PMR-15 by ring-opening of epoxy. Contact angle measurements were performed by using deionized water and diiodomethane as testing liquids. As a result, the surface free energy of the blends gave a maximum value at 10 phr of PMR-15, due to the significant increasing of specific component. The mechanical interfacial properties measured from the critical stress intensity factor ($K_{IC}$) and the critical strain energy release rate ($G_{IC}$) showed a similar behavior with the results of surface energetics. This behavior was probably attributed to The improving of the interfacial adhesion between intermolecules, resulting from increasing the hydrogen bondings of the blends.
Currently, there are cases in Korea where economic damage has occurred due to the ambiguity instrument installation and operation standards in the construction of temporary earth retaining wall, failing to prevent collapse of temporary earth retaining wall at the construction site in advance. Therefore, in this study, a numerical analysis was conducted to find the appropriate installation location of the inclinometer and strain gauge among the installed instruments shown in the design drawing of the temporary earth retaining wall. As a results, It was found that the installation position of the underground inclinometer is the corner of the retaining wall in the case of plane-deformation analysis, and the most displacement occurs in the center of the excavation surface in the case of 3D analysis. When the stress and moment are comprehensively analyzed, the corner is judged to be a vulnerable point. In the case of the strain gauge, In plane-deformation analysis and 3D analysis, the maximum bending stress occurred at the wale connection where the end of the strut and the counter strut are in contact. At this point, it is analyzed that it is necessary to focus on installing and managing the connection to prevent accidents from being vulnerable.
Kim, Dong-Seong;Yoo, Min-Young;Kim, Hee-Seong;Choi, Joo-Ho
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.635-642
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2014
In this paper, an efficient technique is developed to predict failure probability of three failure modes(case rupture, fracture and bolt breakage) related to solid rocket motor case due to the inner pressure during the mission flight. The overall procedure consists of the steps: 1) design parameters affecting the case failure are identified and their uncertainties are modelled by probability distribution, 2) combustion analysis in the interior of the case is carried out to obtain maximum expected operating pressure(MEOP), 3) stress and other structural performances are evaluated by finite element analysis(FEA), and 4) failure probabilities are calculated for the above mentioned failure modes. Axi-symmetric assumption for FEA is employed for simplification while contact between bolted joint is accounted for. Efficient procedure is developed to evaluate failure probability which consists of finding first an Most Probable Failure Point(MPP) using First-Order Reliability Method(FORM), next making a response surface model around the MPP using Latin Hypercube Sampling(LHS), and finally calculating failure probability by employing Importance Sampling.
Dispersion and self-sensing evaluation for single-carbon fiber reinforced in three different acid-treated CNT-epoxy nanocomposites were investigated by electro-micromechanical techniques and wettability tests. Self-sensing based on contact resistivity exhibited more noise for single carbon fiber/acid-treated CNT-epoxy composites than it did for untreated CNT. However, the apparent modulus was higher the acid treated case than the untreated case which is attributed to better stress transfer. The interfacial shear strength (IFSS) between carbon fibers and the CNT-epoxy was lower than that between carbon fiber and neat epoxy due to the increased viscosity associated with the addition of the CNT. The CNT-epoxy nanocomposite exhibited more hydrophobicity than did neat epoxy. Change in the thermodynamic work of adhesion was consistent with changes in the IFSS but disproportional to that of the apparent modulus. The optimum condition of acid treatment on the need can be obtained instead of the maximum condition.
This paper describes the micro cutting of wear resistant tungsten carbides using PCD (Poly-Crystalline Diamond) cutting tools in performance with SEM (Scanning Electron Microscope) direct observation method. Turning experiments were also carried out on this alloy (V50) using a PCD cutting tool. One of the purposes of this study is to describe clearly the cutting mechanism of tungsten carbides and the behavior of WC particles in the deformation zone in orthogonal micro cutting. Other purposes are to achieve a systematic understanding of machining characteristics and the effects of machining parameters on cutting force, machined surface and tool wear rates by the outer turning of this alloy carried out using the PCD cutting tool during these various cutting conditions. A summary of the results are as follows: (1) From the SEM direct observation in cutting the tungsten carbide, WC particles are broken and come into contact with the tool edge directly. This causes tool wear in which portions scrape the tool in a strong manner. (2) There are two chip formation types. One is where the shear angle is comparatively small and the crack of the shear plane becomes wide. The other is a type where the shear angle is above 45 degrees and the crack of the shear plane does not widen. These differences are caused by the stress condition which gives rise to the friction at the shear plane. (3) The thrust cutting forces tend to increase more rapidly than the principal forces, as the depth of cut and the cutting speed are increased preferably in the orthogonal micro cutting. (4) The tool wear on the flank face was larger than that on the rake face in the orthogonal micro cutting. (5) Three components of cutting force in the conventional turning experiments were different in balance from ordinary cutting such as the cutting of steel or cast iron. Those expressed a large value of thrust force, principal force, and feed force. (6) From the viewpoint of high efficient cutting found within this research, a proper cutting speed was 15 m/min and a proper feed rate was 0.1 mm/rev. In this case, it was found that the tool life of a PCD tool was limited to a distance of approximately 230 m. (7) When the depth of cut was 0.1 mm, there was no influence of the feed rate on the feed force. The feed force tended to decrease, as the cutting distance was long, because the tool was worn and the tool edge retreated. (8) The main tool wear of a PCD tool in this research was due to the flank wear within the maximum value of $V_{max}$ being about 260 $\mu\textrm{m}$.
This paper presents the results of a parametric study on the interaction between buried pipes and surface load using the finite element method of analysis. A series of laboratory model tests were also performed in order to validate the adopted finite element model and to capture essential features of the physical behavior of buried pipes subjected to surface load. In the parametric study, a wide range of boundary conditions were analyzed with emphasis on the response of the buried pipes to surface load. The results of analysis such as contact stress distribution at the soil/pipe interface and axial thrust of the pipe were thoroughly analyzed, and a database on the response of buried pipe under surface load was established for future development of a semi-empirical design/analysis method. The results indicated that the degree of interaction between buried pipes and surface load significantly varies with the vertical and lateral location of pipe with respect to surface load, and that the current design method, which does not consider soil-structure interaction, cannot correctly capture the pipe response to surface loading. Furthermore, based on the results of analysis, a semi-empirical equation was suggested, which estimates the maximum pipe thrust due to surface load for flexible buried pipes.
This study investigates the biomechanical efficacies of various cement augmentation techniques with or without pressurization for varying degrees of osteoporotic femur. For this study, a biomechanical analysis using a finite element method (FEM) was undertaken to evaluate surgical procedures, Simulated models include the non-cemented(i.e., hip screw only, Type I), the cement-augmented(Type II), and the cemented augmented with pressurization(Type III) models. To simulate the fracture plane and other interfacial regions, 3-D contact elements were used with appropriate friction coefficients. Material properties of the cancellous bone were varied to accommodate varying degrees of osteoporosis(Singh indices, II∼V). For each model. the following items were analyzed to investigate the effect surgical procedures in relation to osteoporosis of varying degrees : (a) von Mises stress distribution within the femoral head in terms of volumetric percentages. (b) Peak von Mises stress(PVMS) within the femoral head and the surgical constructs. (c) Maximum von Mises strain(MVMS) within the femoral head, (d) micromotions at the fracture plane and at the interfacial region between surgical construct and surrounding bone. Type III showed the lowest PVMS and MVMS at the cancellous bone near the bone-construct interface regardless of bone densities. an indication of its least likelihood of construct loosening due to failure of the host bone. Particularly, its efficacy was more prominent when the bone density level was low. Micromotions at the interfacial surgical construct was lowest in Type III. followed by Type I and Type II. They were about 15-20% of other types. which suggested that pressurization was most effective in limiting the interfacial motion. Our results demonstrated the cement augmentation with hip screw could be more effective when used with pressurization technique for the treatment of intertrochanteric fractures. For patients with low bone density. its effectiveness can be more pronounced in limiting construct loosening and promoting bone union.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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