Kim, Chan Kyu;Moon, Do Yeong;Moon, Il Woo;Cho, Young Tae
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.1
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pp.22-27
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2022
In accordance with the growing trend of decommissioning nuclear facilities, research on the cutting process is actively proceeding worldwide. In general, a thermal cutting process, such as plasma cutting is applied to decommissioning a nuclear reactor pressure vessel (RPV). Plasma cutting has the advantage of removing the radioactive materials and being able to cut thick materials. However, when operating under water, the molten metal remains in the cut plane and re-solidifies. Hence, cutting is not entirely accomplished. For these environmental reasons, it is difficult to cut thick metal. The contact arc metal cutting (CAMC) process can be used to cut thick metal under water. CAMC is a process that cuts metal using a plate-shaped electrode based on a high-current arc plasma heat source. During the cutting process, high-pressure water is sprayed from the electrode to remove the molten metal, known as rinsing. As the CAMC is conducted without using a shielding gas, such as Argon, the electrode is consumed during the process. In this study, CAMC is introduced as a method for dismantling nuclear vessels and the relationship between the metal removal and electrode consumption is investigated according to the cutting conditions.
This study explores a new energy partitioning approach to determine the fracture toughness of 3-D printed pristine/recycled high density polyethylene (HDPE) blends employing the essential work of fracture (EWF) concept. The traditional EWF approach conducts a uniaxial tensile test with double-edge notched tensile (DENT) specimens and measures the total energy defined by the area under a load-displacement curve until failure. The approach assumes that the entire total energy contributes to the fracture process only. This assumption is generally true for extruded polymers that fracture occurs in a material body. In contrast to the traditional extrusion manufacturing process, the current 3-D printing technique employs fused deposition modeling (FDM) that produces layer-by-layer structured specimens. This type of specimen tends to include separation energy even after the complete failure of specimens when the fracture test is conducted. The separation is not relevant to the fracture process, and the raw experimental data are likely to possess random variation or noise during fracture testing. Therefore, the current EWF approach may not be suitable for the fracture characterization of 3-D printed specimens. This paper proposed a new energy partitioning approach to exclude the irrelevant energy of the specimens caused by their intrinsic structural issues. The approach determined the energy partitioning location based on experimental data and observations. Results prove that the new approach provided more consistent results with a higher coefficient of correlation.
Dayang Wang;Qihao Han;Shenchun Xu;Zhigang Zheng;Quantian Luo;Jihua Mao
Steel and Composite Structures
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v.48
no.4
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pp.385-403
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2023
To avoid premature damage to the connection joints of a conventional precast concrete shear wall, a new precast concrete shear wall system (NPSW) based on a plastic damage relocation design concept was proposed. Five specimens, including one monolithic cast-in-place concrete shear wall (MSW) as a reference and four NPSWs with different connection details (TNPSW, INPSW, HNPSW, and TNPSW-N), were designed and tested by lateral low-cyclic loading. To accurately assess the damage relocation effect and quantify the damage and deformation, digital image correlation (DIC) and conventional data acquisition methods were used in the experimental program. The concrete cracking development, crack area ratio, maximum residual crack width, curvature of the wall panel, lateral displacement, and deformed shapes of the specimens were investigated. The results showed that the plastic damage relocation design concept was effective; the initial cracking occurred at the bottom of the precast shear wall panel (middle section) of the proposed NPSWs. The test results indicated that the crack area ratio and the maximum residual crack width of the NPSWs were less than those of the MSW. The NPSWs were deformed continuously; significant distortions did not occur in their connection regions, demonstrating the merits of the proposed NPSWs. The curvatures of the middle sections of the NPSWs were lower than that of the MSW after a drift ratio of 0.5%. Among the NPSWs, HNPSW demonstrated the best performance, as its crack area ratio, concrete damage, and maximum residual crack width were the lowest.
Twenty-five Eucalyptus clones (14 E. camaldulensis - EC and 11 interspecific eucalypt hybrid clones - EH) grown in three contrasting sites were evaluated for the growth and few wood traits at 4 years of age. The stability, genotype-site interaction and suitability of these clones for pulp and solid wood industry sectors were studied. Growth of eucalypt clones was significantly higher at site 1 with higher rainfall, but wood density did not differ significantly from lower rainfall sites. Kraft pulp yield (KPY) decreased from sites 1 to 3 based on moisture availability, but not between two groups of clones. Volumetric shrinkage (VS) was significantly higher in EC clones at site 3 with lowest rainfall, but there was no specific trend at other two sites with maximum (site 1) and intermediate (site 2) rainfall. The mechanical traits modulus of rupture (MOR) and modulus of elasticity (MOE) were at par in sites 1 and 2, but significantly lower at the driest site 3. The growth rate had a significant positive correlation with KPY, MOR and MOE and a negative correlation with VS, but no significant impact on wood density in both groups of clones. Genotype×environment interaction (G×E) was evident in most traits due to the difference in response of clones to moisture availability. Since wood density was negatively correlated to KPY, it has to be kept at an optimum level for the profitability of pulp industry. There was no significant difference between EC and EH clones for most traits except VS at site 3. Stability of clones varied across sites in different traits, and hence clones may be selected for deployment at each site by screening for growth, followed by wood density, considering the relationship of growth and density with other traits required by pulp and solid wood industry sectors.
The effect of exposure times on the aging characteristics of carbon fiber/epoxy composite ring specimen was evaluated using an accelerating aging tester. Combined exposure conditions, such as temperature, moisture, and ultraviolet, were applied up to 3000 hours. Tensile properties and flexural properties including the effect of curvature were evaluated on the specimens subject to various exposure times through a material testing system. Their aging surfaces were observed through a scanning electron microscope. According to the results, tensile modulus was little affected by the exposure times. However, tensile strength, at the early stage of the exposure times, increased due to physical aging and curing reaction, but tensile strength slightly decreased due to degradation as the exposure times increased. The flexural modulus and flexural strength increased at the early stage of the exposure times, but slightly decreased as the exposure times increased. Aging surfaces of the specimens examined using the scanning electron microscope revealed a different morphology in various exposure times and provided useful information for identifying the degradation in mechanical properties of the composite subject to various exposure times.
We measured mechanical properties, including Young's modulus, effective bending modulus and nominal fracture strength of nanohoneycomb structures using an Atomic Force Microscope(AFM) and a Nano-Universal Testing Machine(UTM). Anodic aluminum oxide(AAO) films are well suited as nanohoneycomb structures because of the simple fabrication process, high aspect ratio, self-ordered hexagonal pore structure, and simple control of pore dimensions. Bending tests were carried out for cantilever structures by pressing AFM tips, and the results were compared with three-point bending tests and tensile tests using a Nano-UTM. One side of the AAO films is clogged by harrier layers, and looks like a face material of conventional sandwich structures. Analysis of this layer showed that it did not influence the bending rigidity, and was just a crack tip. The present results can act as a design guideline in applications of nanohoneycomb structures.
Roughness and joint inclination angle are the important factors that affect the strength and deformation characteristics of jointed rock mass. In this paper, 3D printer has been employed to make molds firstly, and casting the jointed specimens with different joint roughness coefficient (JRC), and different joint inclination angle (α). Conventional triaxial compression tests were carried out on the jointed specimens, and the influence of JRC on the strength and deformation parameters was analyzed. At the same time, acoustic emission (AE) testing system has been adopted to reveal the AE characteristic of the jointed specimens in the process of triaxial compression. Finally, the morphological of the joint surface was observed by digital three-dimensional video microscopy system, and the relationship between the peak strength and JRC under different confining pressures has been discussed. The results indicate that the existence of joint results in a significant reduction in the strength of the joint specimen, JRC also has great influence on the morphology, quantity and spatial distribution characteristics of cracks. With the increase of JRC, the triaxial compressive strength increase, and the specimen will change from brittle failure to ductile failure.
Yan, Gongxing;Al-Mulali, Mohammed Zuhear;Madadi, Amirhossein;Albaijan, Ibrahim;Ali, H. Elhosiny;Algarni, H.;Le, Binh Nguyen;Assilzadeh, Hamid
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.3
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pp.393-411
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2022
A high-performance reactive powder concrete (RPC) has been readied alongside river sand, with 1.25 mm particle size when under the condition of 80C steam curing. As a heat and sound insulation, expanded perlite aggregate (EPA) provides economic advantages in building. Concrete containing EPA is examined in terms of cement types (CEM II 32.5R and CEM I 42.5R), doses (0, 2%, 4% and 6%) as well as replacement rates in this research study. The compressive and density of concrete were used in the testing. At the end of the 28-day period, destructive and nondestructive tests were performed on cube specimens of 150 mm150 mm150 mm. The concrete density is not decreased with the addition of more perlite (from 45 to 60 percent), since the enlarged perlite has a very low barrier to crushing. To get a homogenous and fluid concrete mix, longer mixing times for all the mix components are necessary due to the higher amount of perlite. As a result, it is not suggested to use greater volumes of this aggregate in RPC. In the presence of de-icing salt, the lightweight RPC exhibits excellent freeze-thaw resistance (mass is less than 0.2 kg/m2). The addition of perlite strengthens the aggregate-matrix contact, but there is no apparent ITZ. An increased compressive strength was seen in concretes containing expanded perlite powder and steel fibers with good performance.
Tara L. Cavalline;David C. Weggel;Dallas E. Schwerin
International conference on construction engineering and project management
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2013.01a
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pp.390-390
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2013
Use of recycled aggregates in portland cement concrete construction can offer benefits associated with both economy and sustainability. Testing performed to date indicates that RBMA can be used as a 100% replacement for conventional coarse aggregate in concrete that exhibits acceptable mechanical properties for use in structural and pavement elements, including satisfactory performance in some durability tests. RBMAC is currently not used in any type of construction in the United States. However, use of RBMAC could become a viable construction strategy as sustainable building practices become the norm. Rating systems such as LEED offer points for reuse of building materials (particularly on-site) and use of recycled materials. If renovations at an existing facility call for the demolition of existing brick masonry constructions, the rubble could be included as RBMA in new concrete pavement, sidewalks, or curb and gutter. Other potential uses for RBMAC could include those in the precast concrete industry, particularly in architectural precast concrete applications. In addition to providing acceptable strength and economy, the color of RBMA could be an attractive component of architectural precast concrete panels or other façade components. This paper explores the feasibility of use of RBMAC in several types of sustainable construction initiatives, based upon the findings of previous work with RBMAC produced from construction and demolition waste from a case study site. Guidance for obtaining and using RBMA is presented, along with a summary of material properties of RBMAC that will be useful to construction professionals.
The point load test (PLT) is a widely-used alternative method in the field to determine the uniaxial compressive strength due to its simple testing machine and procedure. The point load test index can estimate the uniaxial compressive strength through conversion factors based on the rock types. However, the mechanism correlating these two parameters and the influence of the mechanical properties on PLT results are still not well understood. This study proposed a theoretical model to understand the mechanism of PLT serving as an alternative to the UCS test based on laboratory observation and literature survey. This model found that the point load test is a self-confined compression test. There is a compressive ellipsoid near the loading axis, whose dilation forms a tensile ring that provides confinement on this ellipsoid. The peak load of a point load test is linearly positive correlated to the tensile strength and negatively correlated to the Poisson ratio. The model was then verified using numerical and experimental approaches. In numerical verification, the PLT discs were simulated using flat-joint BPM of PFC3D to model the force distribution, crack propagation and BPM properties' effect with calibrated micro-parameters from laboratory UCS test and point load test of Berea sandstones. It further verified the mechanism experimentally by conducting a uniaxial compressive test, Brazilian test, and point load test on four different rocks. The findings from this study can explain the mechanism and improve the understanding of point load in determining uniaxial compressive strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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