An elastic model is developed to predict the average thermal residual stresses in the matrix and fiber of a misoriented short fiber composite. The thermal residual stresses are induced by the mismatch in the coefficient of the thermal expansion of the matrix and fiber when the composite is subjected to a uniform temperature change. The model considers two special cases of fiber misorientation ; two-dimensional in-plane and three-dimensional axisymmetric. The analytical formulation of the model is based on Eshelby's equivalent inclusion method and is nuque in that it is able to account for interactions among fibers. The model is more general than past models and it is able to treat prior analyses of the simpler composite systems as extram cases. The present model is to investigate the effects of fiber volume fraction, distribution type, distribution cut-off angle, and aspect ratio on thermal residual stress for both in-plane and axisymmetric fiber misorientation. Fiber volum fraction, aspect ratio, and disturbution cut-off angle are shown to have more significant effects on the magnitude of the thermal residual stress than fiber distrubution type for both in-plane and axisymmetric misorientation.
Long shafts for power transmission should transmit torsional load with vibrational stability. Hybrid shafts made of unidirectional fiber-reinforced composite and metal have high fundamental bending natural frequency as well as high torque transmission capability. However, thermal residual stresses due to the coefficient difference of thermal expansion of the composite and metal are developed so that the high residual stresses decrease fatigue resistance of the hybrid shafts, especially at low operating temperatures. In this work, axial compressive preload was given to the shaft in order to change the residual stresses. Static and fatigue torsional tests were performed and correlated with stress analyses with respect to the preload and service temperature.
Fatigue life a box weldment was predicted with the stress concentration and residual stress using the equation reported. In order to change the stress concentration and residual stress of the box weldment, Post treatments such as smooth grinding of weld bead, weld toe grinding and hammer peening were applied. The fatigue life of the weldment after post treatment clearly increased, which is attributed to the reduction of stress concentration and/or introduction of compressive residual stress at the weld toe. The predicted fatigue life was a relatively good agreement with the experiment for a long fatigue life, while it was underestimated for a short fatigue life.
The effect of shot peening conditions on the fatigue properties of heat-treated spring steel has been investigated by using residual stress measurement and metallography. The mechanical properties of material did not change so much by shot peening. However, the fatigue strength and fatigue life increased about 20% to 40% by 1-step and 2-step shot peening process. The fatigue strength and life were closely related to the value and position of maximum compressive residual stress by shot peening process. In the case of warm shot peening, compressive residual stress of specimens shot peening processed at $200^{\circ}C$ was higher than those of specimens shot peening processed at room temperature, $100^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$.
In this study, to investigate the effects of 2-step shot peening at the surface of spring steel, tests are conducted on spring steel and shot peened specimens. Various tests are accomplished to evaluate mechanical properties influenced by shot peening process, and fatigue tests are also performed to evaluate the improvement of fatigue strength. And then the residual stresses are examined. The mechanical properties of material did not change so much by shot peening. However, the fatigue strength of notched specimen remarkably increased. In the case of 1-step shot peening, fatigue strength increased by about 20% than unpeened specimen. Especially, in the case of 2-step shot peening, fatigue strength increased by about 40%, because the residual compressive stress at surface was higher than that of 1-step shot peened specimen. The fatigue strength and life are closely related to the value and position of maximum compressive residual stress by shot peening.
단섬유강화금속복합재료는 최근 항공기, 자동차산업에 있어서 관심의 대상이 되고 있는 재료중의 하나이나 재료의 제조 및 성형중에 재료내의 기지재 및 강화재의 열팽창계수의 차이로 인해 재료 내부에 발생되는 열적잔류응력으로 인한 재료 특성의 변화로 실제적인 재료 적용상에 많은 문제점들이 보고되고 있다. 이와 같은 금속복합재료의 잔류응력의 평가에는 몇가지 비파괴적 방법이 적용되고 있으나 그 측정에 많은 어려움이 보고되고 있다. 따라서 금속복합재료의 보다 실제적인 응용을 위하여는 이와 같은 열적잔류응력을 평가하기 위한 이론적모델의 확립이 요구된다. 본 연구에 있어서는 비방향성을 가진 강화재가 2차원 평면 상태로 기지재내에 존재하는 단섬유강화금속복합재료에 있어서 재료에 균일한 온도 변화가 주어질 때 기지재와 강화재의 열팽창계수의 차로 인해 재료 내부에 발생하는 열적잔류응력을 평가, 예측하기 위한 이론적 탄성 모델을 확립하고자 한다. 본 연구에서 해석하고자 하는 이론 모델은 Eshelby의 등가 개재물 방법을 토대로 하고 있으며 과거 제안되고 있는 이론모델을 포함하는 보다 일반성을 가지는 해석 모델로서, 이 해석 모델을 이용하여 열적잔류응력에 미치는 강화재의 체적률, 종횡비, 분포 상태, 분포 cut-off 각도들에 대한 각 인자의 영향을 검토하였다. 그 결과 강화재의 체적률, 종횡비, cut-off 각도들이 강화재의 분포 상태보다도 금속복합재료의 열적잔류응력에 미치는 영향이 현저함을 알 수 있었다.
중합수축이 일어난 후 복합 레진 내에는 중합수축에서 기원한 응력이 내부에 남아있을 수 있는데 이를 "잔류응력"이라 한다. 수복물에 가해지는 총힘은 외부에서 가해지는 힘과 내부에 남아있는 응력의 합으로 결정이 되며 수복물의 실패를 이해하기 위해서 이 두 가지 요소가 반드시 고려되어야 한다. 본 연구에서는 ring slitting방법을 이용하여 최근 임상에 소개된 나노충진형 복합레진간의 잔류응력을 비교하였다. 실험에 사용한 복합레진은 대조군으로 microhybrid-type인 Z250과 nanofiller를 함유한 Grandio, Filtek Supreme, Ceram-X를 이용하여 복합레진 링을 제작하고 2개의 기준점을 표시한 후 이 사이의 거리를 링 절단 전과 후에 각각 측정하여 거리 변화를 측정하였다. 거리의 변화로부터 average circumferential residual stress $({\sigma}{\theta})$를 계산하였다. 10분과 1시간 경과 후 측정한 군에서는 Filtek Supreme이 Z250이나 Ceram-X보다 높은 잔류응력을 보여 주었고, 24시간 경과한 군에서는 Filtek Supreme이 나머지 군보다 높은 잔류응력을 보여주었다. 본 실험 결과에 의하면 nanofiller를 함유한 복합레진의 잔류응력은 대조군으로 사용한 Z250보다 높거나 같은 값을 나타냈으며 거의 비슷한 기질조성을 가진 Z250과 Filtek Supreme을 비교했을 때 Filtek supreme이 모든 측정시간대에서 높은 잔류응력을 보여주었다.
김치 숙성 중 chlorpyrifos농약 잔류량의 변화를 조사코저, 가정에서 담그는 방법과 동일하게 담근 통배추 김치와, 모델실험으로서 0.025% chlorpyrifos용액에 10초간 침지한 배추로 담근 통배추김치를 각각 $4^{\circ}C$에서 4주간 숙성시키면서 chlorpyrifos 잔류량을 정량한 결과, 1. 농약을 살포하여 재배한 배추로 김치를 담갔을 때, 배추원료에 0.1614ppm의 chlorpyrifos가 잔류되어 있었으나 김치담금시 4회 물세척에 의해 약 57%(0.0938ppm)만이 잔류하였다. 김치를 4주 숙성시킨 결과 원료 배추 잔류량의 6%(0.0099ppm)만이 잔류되었다. 2. 모델실험 결과 김치숙성에 의한 chlorpyrifos의 변화는 1자 감소곡선을 나타내있고 반감기는 약 1.8주였다. 산류 chlorpyrifos는 김치숙성시 효과적으로 분해됨을 알았다. 3. 현재 사용하고 있는 chlorpyrifos의 살포방법에 의한 배추의 잔류농약은 식품안전성에 크게 문제되지 않는 것으로 밝혀졌다.
This study analyzes the residual stress of AISI 1536V for an engine shaft of the shipbuilding industry and AISI A387 for a reactor shell of the chemical refining industry by the hole drilling method with a strain gauge rosette, which transforms fine mechanical changes into electrical signals. Tensile residual stress is generated in the forging and heat treatment process because specimens are affected by thermal stress and metal transformation stress. In the heat treatment process, the residual stress of AISI A387 is almost 170% the yield strength at 402 MPa. Since during the machining process, variable physical loads are applied to the material, compressive residual stress is generated. Under the same condition, the mechanical properties greatly affect the residual stress during the machining process. After the stress-relieving heat treatment process, the residual stress of AISI A387 is reduced below the yield strength at 182 MPa. Therefore, it is necessary to control the temperature, avoid rapid heat change, and select machining conditions depending on the mechanical properties of materials during manufacturing processes. In addition, to sufficiently reduce the residual stress, it is necessary to study the optimum condition of the stress-relieving heat treatment process for each material.
An application of the instrumented indentation technique has been expanded from the measurements of hardness and elastic modulus to the analysis of residual stress. A slope of the indentation loading curve increases (or decreases) according to compressive (or tensile) residual stress. A theoretical equation has been established for quantifying residual stress from the slope change. However, a precise observation of the remnant indents is indispensible because the theoretical approach needs actual contact information. In addition, the conventional hardness test is still used for predicting the residual stress distribution of welded joints. Thus, we observed the three-dimensional morphologies of the remnant indents formed on artificial stress states and analyzed stress effects on morphological recovery of the indents. First, a depth recovery ratio, which has been regarded as a sensitive stress indicator, did not show a clear dependency with the residual stress. Thus an analysis on volumetric recovery was tried in this study and yielded a inverse proportional behavior with the residual stress. In addition, an elastic to plastic volume recovery ratio showed more significant correlation with the residual stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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