In this article, the surface stress effects on the buckling analysis of the annular sandwich plate is developed. The proposed plate is composed of two face layers made of carbon nanotubes (CNT) reinforced composite with assuming of fully bonded to functionally graded porous core. The generalized rule of the mixture is employed to predict the mechanical properties of the microcomposite sandwich plate. The derived potentials energy based on higher order shear deformation theory (HSDT) and modified couple stress theory (MCST) is solved by employing the Ritz method. An exact analytical solution is presented to calculate the critical buckling loads of the annular sandwich plate. The predicted results are validated by carrying out the comparison studies for the buckling analysis of annular plates with those obtained by other analytical and finite element methods. The effects of various parameters such as material length scale parameter, core thickness to total thickness ratio (hc/h), surface elastic constants based on surface stress effect, various boundary condition and porosity distributions, size of the internal pores (e0), Skempton coefficient and elastic foundation on the critical buckling load have been studied. The results can be served as benchmark data for future works and also in the design of materials science, injunction high-pressure micropipe connections, nanotechnology, and smart systems.
The solids and the fluids in porous media have a relative velocity to each other. Due to physically and chemically different material properties and their relative velocity, the behavior of saturated porous media is extremely complicated. Thus, in order to describe and clarify the deformation behavior of saturated porous media, constitutive models for deformation of porous media coupling several effects need to be developed in frame of Arbitrary Lagrangian Eulerian(ALE) description. The aim of ALE formulations is to maximize the advantages of Lagrangian and Eulerian elements, and to minimize the disadvantages. Therefore, this method is appropriate for the analysis of porous media which are considered for the behavior of the solids and the fluids. For this reason, mass balance equations for saturated porous media are derived here in ALE description frames. ALE formulations of mass conservation for the solid phase and the fluid phase are expressed. Then, linear momentum balance equation for porous media as multiphase media is expressed.
High-temperature thermal insulation materials challenge extensive oxide candidates such as porus $SiO_2$, $Al_2O_3$, yttria-stabilized zirconia, and mullite, due to the needs of good mechanical, thermal, and chemical reliabilities at high temperatures simultaneously. Recently, porous rare earth (RE) silicates have been revealed to be excellent thermal insulators in harsh environments. These materials display attractive properties, including high porosity, moderately high compressive strength, low processing shrinkage (near-net-shaping), and very low thermal conductivity. The current critical challenge is to balance the excellent thermal insulation property (extremely high porosity) with their good mechanical properties, especially at high temperatures. Herein, we review the recent developments in processing techniques to achieve extremely high porosity and multiscale strengthening strategy, including solid solution strengthening and fiber reinforcement methods, for enhancing the mechanical properties of porous RE silicate ceramics. Highly porous RE silicates are highlighted as emerging high-temperature thermal insulators for extreme environments.
Kim, Won-Young;Ji, Hyung-Bin;Yang, Tae-Young;Yoon, Seog-Young;Park, Hong-Chae
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.47
no.2
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pp.151-156
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2010
Porous mullite/alumina composites have been fabricated by a freeze casting technique using TBA-based coal fly ash/alumina slurry. After sintering, unidirectional macropore channels aligned regularly along the TBA ice growth direction were developed; simultaneously, small sized micropores fromed in the outer walls of the pore channels. The physical and mechanical properties (e.g. porosity and compressive strength) of the sintered porous composites were roughly dependant of processing conditions, due to the complexity of the factors affecting them. However, with increasing solid loading and sintering temperature, the compressive strength generally increased and the porosity decreased. After sintering $1500^{\circ}C$ for 2 h, the porous specimen (porosity: 52.1%) showed a maximum compressive strength of 70.0 MPa.
Recently, porous additive manufactured(AM) cages have been introduced to provide more desirable stiffness and may be beneficial to bone ingrowth. They are designed to attempt to reduce the subsidence problem of traditional titanium cage and to get osseointegrative property that PEEK doesn't have. This study was performed to evaluate the mechanical performance of newly developed lumbar porous AM cages. Three types of mechanical tests were performed in accordance with the ASTM standards: Static compression, compression-shear, and subsidence tests. The porous AM cages with 60% porosity showed similar device stiffness and strength as the various products submitted to FDA 510(k), and their wider contact area improved the subsidence test results by about 50%. In conclusion, the porous AM cages developed in this study were considered mechanically safe and could be an alternative to solid PEEK cages.
Basnet, Bijay;Lim, Hyung Mi;Lee, Kee Sung;Kim, Ik Jin
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.56
no.5
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pp.513-520
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2019
This study reports the improvement of mechanical properties of Al2O3 porous ceramics from colloidal suspension with the addition of carbon fiber by direct foaming. The initial colloidal suspension of Al2O3 was partially hydrophobized by surfactant to stabilize wet foam with the addition of carbon fiber from 2 to 8 wt% as stabilizer. The influence of carbon fiber on the air content, bubble size, pore size and pore distribution in terms of wet foam stability and physical properties of porous ceramics were discussed. The viscosity of the colloidal suspension was increased giving solid like properties with the increased in carbon fiber content. The mechanical properties of the sintered porous samples were investigated by Hertzian indentation test. The results show the wet foam stability of more than 90% corresponds to compressive loading of 156.48 N and elastic modulus of 57.44 MPa of sintered sample with 8 wt% of carbon fiber content.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.56
no.1
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pp.1-11
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2023
Lubricant-impregnated nanoporous surfaces (LIS), which is created by impregnating water-immiscible oil into nanoporous surface structure, have been explored considering wide range of application fields. Due to the lubricant impregnated in nanoporous structure, the surface shows extreme de-wetting with a high mobility of water droplets, so that various functionalities can be realized. The lubricant layer inhibits the contact of corrosive media to porous structure as well as metal substrate, thus the surface improves the corrosion resistance. The water on the surface freeze without any contact to solid porous structure, showing a low ice adhesion for de-icing an anti-icing. The extremely high mobility of water droplets on lubricant-impregnated porous surfaces also contributes the enhancement of condensation heat transfer as well as water harvesting from fog and moisture. Moreover, the bacteria adhesion on metal surface forming biofilms causing serious hygiene issues can be inhibited on the lubricantimpregnated surfaces. Despite of such superior functionalities, the lubricant-impregnated porous surface has a limitation of lubricant depletion by external flow of fluids. Therefore, extensive efforts to improve the durability of lubricant-impregnated surface are required for practical applications.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.195-198
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1995
In Semi-Solid Forging, it is necessary to control the forming variables accurately in order to make near-net-shape products. Generally, the defects of products may occur due to liquid segregation which can be caused by the degree of deformation and condition of friction in Semi-Solid Forging, where the segregation is to be predicted by flow analysis. This paper presents the feasibility of theoretical analysis model using the new yield function which is proposed by Doraivelu et al. to the flow analysis of the semi-solid dendritic Sn-15%Pb alloys instead of adopting the yield criterion of Shima & Oyane which is used by Charreyron and usefulness of the adopted yield function. The distribution of the liquid fraction at various strains in radial direction and the influence of friction are estimated by Upper Bound Method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.6
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pp.139-144
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1998
In Semi-Solid Forging, it is necessary to control the forming variables accurately in order to make near-net-shape products. Generally, the defects of products may occur due to liquid segregation which can be caused by the degree of deformation and strain rate, and condition of friction in Semi-Solid Forging, where the segregation is to be predicted by flow analysis. This paper presents the feasibility of theoretical analysis model using the new yield function for compressible P/M materials which is proposed by Doraivelu et at. to the flow analysis of the semi-solid dendritic Sn-15%Pb alloys instead of adopting the yield criterion of Shima and Oyane which is used by Charreyron and Flemings. The simple compression process is taken into consideration as the model to confirm the usefulness of the adopted yield function. The distribution of the liquid fraction at various strains and strain rates in radial direction, and the influence of friction are estimated by upper-bound method.
This study is on the properties of inorganic porous calcium silicate material made from silica powder through the autoclaving curing, the results of this study should be utilized fundamental data for the development of noise reduction porous solid material using siliceous byproduct generated by various manufacture process. For the manufacture of autoclave curing specimen, various calcareous materials used and siliceous materials used silica powder. In this study, properties in density and compressive strength according to the change of W/B and C/S ratio, microscopy for the shape of pore, SEM and XRD for the examination of hydrate after autoclave curing are carried out respectively. The test results shown that the more slurry density decrease, the more W/B increase at the fresh state, this tendency shown similar to in hardened state. Among the specimens of C/S ratio, the compressive strength of C/S ratio of 0.85 gave the highest the compressive strength. In the results of XRD, tobermorite generated by autoclaving curing was created all of specimens regardless of C/S ratio. To ascertain pore structure, we compared with existing porous calcium silicate product(ALC, organic sound absorbing porous material). The results of microscope observation, pore structure of specimen of this study was similar to that of existing inorganic sound absorbing foam concrete. therefore, we could conformed a possibility of sound absorbing porous solid material on the basis of the results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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