Present paper focuses on the modeling of size effect on the compressive strength of normal concrete with the application of Discrete Element Method (DEM). Test specimens with different size and shape were cast and uniaxial compressive strength test was performed on each sample. Five different concrete mixes were used, all belonging to a different normal strength concrete class (C20/25, C30/37, C35/45, C45/55, and C50/60). The numerical simulations were carried out by using the PFC 5 software, which applies rigid spheres and contacts between them to model the material. DEM modeling of size effect could be advantageous because the development of micro-cracks in the material can be observed and the failure mode can be visualized. The series of experiments were repeated with the model after calibration. The relationship of the parallel bond strength of the contacts and the laboratory compressive strength test was analyzed by aiming to determine a relation between the compressive strength and the bond strength of different sized models. An equation was derived based on Bazant's size effect law to estimate the parallel bond strength of differently sized specimens. The parameters of the equation were optimized based on measurement data using nonlinear least-squares method with SSE (sum of squared errors) objective function. The laboratory test results showed a good agreement with the literature data (compressive strength is decreasing with the increase of the size of the specimen regardless of the shape). The derived estimation models showed strong correlation with the measurement data. The results indicated that the size effect is stronger on concretes with lower strength class due to the higher level of inhomogeneity of the material. It was observed that size effect is more significant on cube specimens than on cylinder samples, which can be caused by the side ratios of the specimens and the size of the purely compressed zone. A limit value for the minimum size of DE model for cubes and cylinder was determined, above which the size effect on compressive strength can be neglected within the investigated size range. The relationship of model size (particle number) and computational time was analyzed and a method to decrease the computational time (number of iterations) of material genesis is proposed.
In this paper, the shear behavior of soft filling in rectangular-hollow concrete specimens was simulated using the 2D particle flow code (PFC2D). The laboratory-measured properties were used to calibrate some PFC2D micro-properties for modeling the behavior of geo-materials. The dimensions of prepared and modeled samples were 100 mm×100 mm. Some disc type narrow bands were removed from the central part of the model and different lengths of bridge areas (i.e., the distance between internal tips of two joints) with lengths of 30 mm, 50 mm, and 70 mm were produced. Then, the middle of the rectangular hollow was filled with cement material. Three filling sizes with dimensions of 5 mm×5 mm, 10 mm×5 mm, and 15 mm×5 mm were provided for different modeled samples. The parallel bond model was used to calibrate and re-produce these modeled specimens. Therefore, totally, 9 different types of samples were designed for the shear tests in PFC2D. The shear load was gradually applied to the model under a constant loading condition of 3 MPa (σc/3). The loading was continued till shear failure occur in the modeled concrete specimens. It has been shown that both tensile and shear cracks may occur in the fillings. The shear cracks mainly initiated from the crack (joint) tips and coalesced with another one. The shear displacements and shear strengths were both increased as the filling dimensions increased (for the case of a bridge area with a particular fixed length).
This study investigated the characteristics for rice husk pulverization and surface modification of biomass byproducts composed of rice husk, corn extract gourd, wheat bran, and soybean curd. The size of particles of rice husk was at 6.44 ㎛ and represented the most affordable material for preparing the bio-degradable film among the tested byproducts. The silane treatment and adding 2% of ESO (Epoxidized soybean oil) and 3-aminopropyl triethoxysilane solution mixed in a 1:1 ratio were best to the surface modification and SEM-based particle shape. Above the results, adding 2% of mixed solution after silane treatment of rice husks processed through an air classifying mill (ACM) allows for its use as a raw material of bio-degradable plastic film.
A time-of-flight and energy (TOF-E) detection system for the measurement of 236U accelerator mass spectrometry (AMS) has been developed to improve the 236U/238U sensitivity at Micro Analysis Laboratory, Tandem accelerator (MALT), The University of Tokyo. With observing TOF distribution of 235U, 236U and 238U, this TOF-E detection system has clearly separated 236U from the interference of 235U and 238U when measuring three kinds of uranium standards. In addition, we have developed a novel method combining kernel-based density estimation method and multi-Gaussian fitting method to estimate the 236U/238U sensitivity of the TOF-E detection system. Using this new estimation method, 3.4 × 10-12 of 236U/238U sensitivity and 1.9 ns of time resolution are obtained. 236U/238U sensitivity of TOF-E detection system has improved two orders of magnitude better than that of previous gas ionization chamber. Moreover, unknown species other than uranium isotopes were also observed in the measurement of a surface soil sample, which has demonstrated that TOF-E detection system has a higher sensitivity in particle identification. With its high sensibility in mass determination, this TOF-E detection system could also be used in other heavy isotope AMS.
Powder metallurgy has been employed for the development of SiC particle reinforced aluminum metal matrix composites by means of hot isotropic pressing and vacuum hot pressing. A material model based on micro-mechanical approach then has been presented for the processes. Densification occurs by the inelastic flow of matrix materials during the consolidation, and consequently it depends on many process conditions such as applied pressure, temperature and volume fraction of reinforcement. The model is implemented into finite element software so that the process simulation can be performed enabling the predicted relative density to be compared with experimental data. In order to determine the performance of finished products, further tensile test has been conducted using the developed specimens. The effect of internal void of the materials on mechanical properties therefore can be investigated.
Nanoparticles have lower size and larger specific surface area, good stability and less toxic and side effects. In recent years, with the development of nanotechnology, its application range has become wider and wider, especially in the field of biomedicine, which has received more and more attention. Bone defect repair materials with high strength, high elasticity and high tissue affinity can be prepared by nanotechnology. The purpose of this paper was to study how to analyze and study the composite materials for sports bone injury based on multifunctional nanomaterials, and described the electrospinning method. In this paper, nano-sized zirconia (ZrO2) filled micro-sized hydroxyapatite (HAP) composites were prepared according to the mechanical properties of bone substitute materials in the process of human rehabilitation. Through material tensile and compression experiments, the performance parameters of ZrO2/HAP composites with different mass fraction ratios were analyzed, the influence of filling ZrO2 particles on the mechanical properties of HAP matrix materials was clarified, and the effect of ZrO2 mass fraction on the mechanical properties of matrix materials was analyzed. From the analysis of the compressive elastic modulus, when the mass fraction of ZrO2 was 15%, the compressive elastic modulus of the material was 1222 MPa, and when 45% was 1672 MPa. From the analysis of compression ratio stiffness, when the mass fraction of ZrO2 was 15%, the compression ratio stiffness was 658.07 MPa·cm3/g, and when it was 45%, the compression ratio stiffness is 943.51MPa·cm3/g. It can be seen that by increasing the mass fraction of ZrO2, the stiffness of the composite material can be effectively increased, and the ability of the material to resist deformation would be increased. Typically, the more stressed the bone substitute material, the greater the stiffness of the compression ratio. Different mass fractions of ZrO2/HAP filling materials can be selected to meet the mechanical performance requirements of sports bone injury, and it can also provide a reference for the selection of bone substitute materials for different patients.
Plasma-resistant ceramic (PRC) is a material used to prevent internal damage in plasma processing equipment for semiconductors and displays. The challenge is to suppress particles falling off from damaged surfaces and increase retention time in order to improve productivity and introduce the latest miniaturization process. Here, we confirmed the effect of suppressing plasma deterioration and reducing the etch rate through surface treatment of existing PRC with an initial illumination level of 200 nm. In particular, quartz glass showed a decrease in etch rate of up to 10%. Furthermore, it is believed that micro-scale secondary particles formed on the microstructure of each material grow as crystals during the fluoridation process. This is a factor that can act as a killer defect when dropped, and is an essential consideration when analyzing plasma resistance. The plasma etching suppression effect of the initial illumination is thought to be due to partial over etching at the dihedral angle of the material due to the sputtering of re-emission of Ar+-based cations. This means that plasma damage due to densification can also be interpreted in existing PRC studies. The research results are significant in that they present surface treatment conditions that can be directly applied to existing PRC for mass production and a new perspective to analyze plasma resistance in addition to simple etching rates.
For the purpose of possibility study on development of an acoustic tweezer using standing waves and very high frequency ultrasound focused beams, a system which can manipulate the position of particles in water has been constructed. It can move the particles to near focal point of a focused beam by the radiation force of standing waves, and then the particles would be trapped by the radiating force of the focused beam. The results show that micro sphere particles were trapped well at nodes of the standing waves and their position can be easily manipulated by frequency control. And, even though the radiation force by single focused beam pushes a particle away from the transducer, two focused confronted beams can trap it at near center.
Bangho Shin;Chansoo Choi;Rui Qiu;Suhyeon Kim;Hyeonil Kim;Sungho Moon;Gahee Son;Jaehyo Kim;Haegin Han;Yeon Soo Yeom;Chan Hyeong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2195-2207
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2024
To enhance skeletal dosimetry in conjunction with the adult mesh-type reference Korean phantoms (MRKPs), Korean/Asian photon fluence-to-skeletal dose response functions (DRFs) were established utilizing an updated version of micro-CT-based detailed bone models from Tsinghua University. These bone models were incorporated into the MRKPs using the parallel geometry feature of Geant4. We calculated bone-site-specific electron absorbed fractions and used them to generate DRFs, following a similar methodology employed for ICRP-116 DRFs that have been used with the ICRP reference phantoms for skeletal dosimetry. To assess dosimetric implications of the Korean/Asian DRFs, we calculated RBM and BE doses for the MRKPs exposed to photon beams in the antero-posterior direction using the Korean/Asian and ICRP-116 DRFs. For energies ≥200 keV, the Korean/Asian DRFs-based skeletal doses exhibited excellent agreement with the ICRP-116 DRFs-based skeletal doses, attributed to the existence of charged particle equilibrium across the bone site. Conversely, significant differences of up to ~2.3 times were observed at lower energies, due to differences in the skeletal tissue distributions of bone models used to derive the Korean/Asian and ICRP-116 DRFs. The DRFs established in this study are expected to yield more accurate skeletal doses for Korean and Asian populations compared to the ICRP-116 DRFs.
To observe and analyze the characteristics of cloud and precipitation properties, the Cloud physics Observation System (CPOS) has been operated from December 2003 at Daegwallyeong ($37.4^{\circ}N$, $128.4^{\circ}E$, 842 m) in the Taebaek Mountains. The major instruments of CPOS are follows: Forward Scattering Spectrometer Probe (FSSP), Optical Particle Counter (OPC), Visibility Sensor (VS), PARSIVEL disdrometer, Microwave Radiometer (MWR), and Micro Rain Radar (MRR). The former four instruments (FSSP, OPC, visibility sensor, and PARSIVEL) are for the observation and analysis of characteristics of the ground cloud (fog) and precipitation, and the others are for the vertical cloud characteristics (http://weamod.metri.re.kr) in real time. For verification of CPOS products, the comparison between the instrumental products has been conducted: the qualitative size distributions of FSSP and OPC during the hygroscopic seeding experiments, the precipitable water vapors of MWR and radiosonde, and the rainfall rates of the PARSIVEL(or MRR) and rain gauge. Most of comparisons show a good agreement with the correlation coefficient more than 0.7. These reliable CPOS products will be useful for the cloud-related studies such as the cloud-aerosol indirect effect or cloud seeding. The visibility value is derived from the droplet size distribution of FSSP. The derived FSSP visibility shows the constant overestimation by 1.7 to 1.9 times compared with the values of two visibility sensors (SVS (Sentry Visibility Sensor) and PWD22 (Present Weather Detect 22)). We believe this bias is come from the limitation of the droplet size range ($2{\sim}47\;{\mu}m$) measured by FSSP. Further studies are needed after introducing new instruments with other ranges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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