Yang, J.;Ban, W.;Kim, S.;Kim, J.;Park, K.;Hur, G.;Jung, D.;Lee, J.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.381.1-381.1
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2014
In this study, we investigated the deposition behavior and the etch resistivity of plasma polymerized carbon hardmask (ppCHM) film with the variation of process temperature. The etch resistivity of deposited ppCHM film was analyzed by thickness measurement before and after direct contact reactive ion etching process. The physical and chemical properties of films were characterized on the Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscope, Raman spectroscope, stress gauge, and ellipsometry. The deposition behavior of ppCHM process with the variation of temperature was correlated refractive index (n), extinction coefficient (k), intrinsic stress (MPa), and deposition rate (A/s) with the hydrocarbon concentration, graphite (G) and disordered (D) peak by analyzing the Raman and FT-IR spectrum. From this experiment we knew an optimal deposition condition for structure of carbon hardmask with the higher etch selectivity to oxide. It was shown the density of ppCHM film had 1.6~1.9 g/cm3 and its refractive index was 1.8~1.9 at process temperature, $300{\sim}600^{\circ}C$. The etch selectivity of ppCHM film was shown about 1:4~1:8 to undoped siliconoxide (USG) film (etch rate, 1300 A/min).
The long-term stability of rock engineering is significantly affected by the time-dependent deformation behavior of rock, which is an important mechanical property of rock for engineering design. Although the hard rocks show small creep deformation, it cannot be ignored under high-stress condition during deep excavation. The inner mechanism of creep is complicated, therefore, it is necessary to investigate the relationship between microscopic creep mechanism and the macro creep behavior of rock. Microscopic numerical modeling of sandstone creep was performed in the investigation. A numerical sandstone sample was generated and Parallel Bond contact and Burger's contact model were assigned to the contacts between particles in DEM simulation. Sensitivity analysis of the microscopic creep parameters was conducted to explore how microscopic parameters affect the macroscopic creep deformation. The results show that the microscopic creep parameters have linear correlations with the corresponding macroscopic creep parameters, whereas the friction coefficient shows power function with peak strength and Young's modulus, respectively. Moreover, the microscopic parameters were calibrated. The creep modeling curve is in good agreement with the verification test result. Finally, the creep curves under one-step loading and multi-step loading were compared. This investigation can act as a helpful reference for modeling rock creep behavior from a microscopic mechanism perspective.
Fattah, Mohammed Y.;Mahmood, Mahmood R.;Aswad, Mohammed F.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.9
no.1
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pp.1-27
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2022
Extensive laboratory tests were conducted to investigate the effect of load amplitude, geogrid position, and number of geogrid layers, thickness of ballast layer and clay stiffness on behavior of reinforced ballast layer and induced strains in geogrid. A half full-scale railway was constructed for carrying out the tests, the model consists of two rails 800 mm in length with three wooden sleepers (900 mm × 10 mm × 10 mm). The ballast was overlying 500 mm thickness clay in two states, soft and stiff state. Laboratory tests were conducted to investigate the response of the ballast and the clay layers where the ballast was reinforced by a geogrid. Settlement in ballast and clay, soil pressure and pore water pressure induced in the clay were measured in reinforced and unreinforced ballast cases. It was concluded that the effect of frequency on the settlement ratio is almost constant after 500 cycles. This is due to that the total settlement after 500 cycles, almost reached its peak value, which means that the ballast particles become very close to each other, so the frequency is less effective for high contact particles forces. The average maximum vertical stress and pore water pressure increased with frequency.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.33
no.3
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pp.189-198
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2017
Purpose: This study aims to analyze the stress distribution of mandibular molar restoration supported by the implants with external hex and internal taper abutment connection design. Materials and Methods: Models of external connection (EXHEX) and internal connection (INCON) implants, corresponding abutment/crowns, and screws were developed. Supporting edentulous mandibular bony structures were designed. All the components were assembled and a finite element analysis was performed to predict the magnitude and pattern of stresses generated by occlusal loading. A total of 120 N static force was applied both by axial (L1) and oblique (L2) direction. Results: Peak von Mises stresses produced in the implants by L2 load produced 6 - 15 times greater than those by L1 load. The INCON model showed 2.2 times greater total amount of crown cusp deflection than the EXHEX model. Fastening screw in EXHEX model and upside margin of implant fixture in INCON model generated the peak von Mises stresses by oblique occlusal force. EXHEX model and INCON model showed the similar opening gap between abutment and fixture, but intimate sealing inside the contact interface was maintained in INCON model. Conclusion: Oblique force produced grater magnitudes of deflection and stress than those by axial force. The maximum stress area at the implant was different between the INCON and EXHEX models.
The reduction of drag torque is an important research issue in terms of improving transmission efficiency. Drag torque in a wet clutch occurs because of the viscous drag generated by the transmission fluid in a narrow gap (clearance) between the friction plate and a separate plate. The objective of this paper is to observe the effects of the friction plate area and the clearance on the drag torque using finite element simulation. The two-phase flow of air and oil fluid is considered and modeled for the simulation. The simulation analysis reveals that as the rotational speed increases, the drag torque generally increases to a critical point and then decreases sharply at a high speed regime. The clearance between the two plates plays an important role in controlling drag torque peak. An increase in the clearance causes a decrease in shear stress; thus, the drag torque also decreases according to Newton's law of viscosity. An observation of the effect of the area of contact between transmission fluid and friction plate shows that the drag torque increases with the contact area. The flow vectors inside the flow channel present clear evidence that the velocity of the fluid flows is faster with a larger friction plate, that is, in the case of a larger contact area. Therefore, the optimum size of the friction plate should be determined carefully, considering both the clutch performance and drag reduction. It is expected that the results from this study can be very useful as a database for clutch design and to predict the drag torque for the initial design with respect to various clutch parameters.
Determination of the mechanical behaviour of jointed rock masses has been a challenge for rock engineers for decades. This problem is more pronounced for non-persistent jointed rock masses due to complicated interaction of rock bridges on the overall behaviour. This paper aims to study the effect of a non-persistent joint set configuration on the mechanical behaviour of rock materials under both uniaxial and biaxial compression tests using a discrete element code. The numerical simulation of biaxial compressive strength of rock masses has been challenging in the past due to shortcomings of bonded particle models in reproducing the failure envelope of rock materials. This problem was resolved in this study by employing the flat-joint contact model. The validity of the numerical model was investigated through a comprehensive comparative study against physical uniaxial and biaxial compression experiments. Good agreement was found between numerical and experimental tests in terms of the recorded peak strength and the failure mode in both loading conditions. Studies on the effect of joint orientation on the failure mode showed that four zones of intact, transition to block rotation, block rotation and transition to intact failure occurs when the joint dip angle varies from 0° to 90°. It was found that the applied confining stress can significantly alter the range of these zones. It was observed that the minimum strength occurs at the joint dip angle of around 45 degrees under different confining stresses. It was also found that the joint orientation can alter the post peak behaviour and the lowest brittleness was observed at the block rotation zone.
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.
Meng, Wei;Bachilo, Sergei M.;Parol, Jafarali;Weisman, R. Bruce;Nagarajaiah, Satish
Structural Monitoring and Maintenance
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v.9
no.3
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pp.259-270
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2022
This study explores the use of the recently developed "strain-sensing smart skin" (S4) method for noncontact strain measurements on cement-based samples. S4 sensors are single-wall carbon nanotubes dilutely embedded in thin polymer films. Strains transmitted to the nanotubes cause systematic shifts in their near-infrared fluorescence spectra, which are analyzed to deduce local strain values. It is found that with cement-based materials, this method is hampered by spectral interference from structured near-infrared cement luminescence. However, application of an opaque blocking layer between the specimen surface and the nanotube sensing film enables interference-free strain measurements. Tests were performed on cement, mortar, and concrete specimens with such modified S4 coatings. When specimens were subjected to uniaxial compressive stress, the spectral peak separations varied linearly and predictably with induced strain. These results demonstrate that S4 is a promising emerging technology for measuring strains down to ca. 30 𝜇𝜀 in concrete structures.
This paper presents a comprehensive analysis of the impact of surface roughness on the friction and wear properties of SUS 321, an austenitic stainless steel variant produced using the laser powder bed fusion (LPBF) technique, which is a prevalent additive manufacturing method. After the LPBF fabrication, the specimens go a heat treatment process aimed at alleviating residual stress. Subsequently, they are polished extensively to achieve a refined and smooth surface. To deliberately introduce controlled variations in surface roughness, an etching process is employed. This multi-step method encompassed primary etching in a 3M hydrochloric acid solution, followed by secondary etching in a 35 wt% ferric chloride solution, with varying durations applied to different specimens. A comprehensive evaluation of the surface characteristics ensued, employing precise techniques such as surface roughness measurements and meticulous assessments of water droplet contact angles. Following the surface treatment procedures, a series of friction tests are performed to explore the tribological behavior of the etched specimens. This in-depth investigation reached its peak by revealing valuable insights. It clarified a strong correlation between intentionally altered surface roughness, achieved through etching processes, and the resulting tribological performance of LPBF-fabricated SUS 321 stainless steel. This significantly advances our grasp of material behavior in tribological applications.
To characterize the hydro-mechanical behavior of a rock joint, a rotary shear testing apparatus was devised in this study. Shear stress was driven by twisting the end of a sample in the rotary shear testing apparatus. The test results show that the rotary shear test underestimates the peak shear strength of a rock joint. The torque is known as a function of the radial distance from the axis of rotation, resulting in the radial variation of the shear stress. Fluid flow through rock joints is mainly dependent on the Joint roughness, contact area, initial aperture. To examine the dependency, the relationship between the hydraulic and the mechanical apertures for shear-flow was established by measuring the initial aperture. It shows that the mechanical aperture and the hydraulic aperture increase linearly with the dilatancy. The difference between the hydraulic and mechanical apertures describes the deviation from the behavior predicted by the parallel plate model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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