In this paper, a database consisting of the dynamic shear modulus ratio and damping ratio test data of clay obtained from 406 groups of triaxial tests is constructed with the starting area of Xiong'an New Area as the research background. The aim is to study the nonlinear dynamic properties of clay in this area under cyclic loading. The study found that the effective confining pressure and plasticity index have certain influences on the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of clay in this area. Through data analysis, it was found that there was a certain correlation between effective confining pressure and plasticity index and dynamic shear modulus ratio and damping ratio, with fitting degree values greater than 0.1263 for both. However, other physical indices such as the void ratio, natural density, water content and specific gravity have only a small effect on the dynamic shear modulus ratio and the damping ratio, with fitting degree values of less than 0.1 for all of them. This indicates that it is important to consider the influence of effective confining pressure and plasticity index when studying the nonlinear dynamic properties of clays in this area. Based on the above, prediction models for the dynamic shear modulus ratio and damping ratio in this area were constructed separately. The results showed that the model that considered the combined effect of effective confining pressure and plasticity index performed best. The predicted dynamic shear modulus ratio and damping ratio closely matched the actual curves, with approximately 88% of the data falling within ±1.3 times the measured dynamic shear modulus ratio and approximately 85.1% of the data falling within ±1.3 times the measured damping ratio. In contrast, the prediction models that considered only a single influence deviated from the actual values, particularly the model that considered only the plasticity index, which predicted the dynamic shear modulus ratio and the damping ratio within a small distribution range close to the average of the test values. When compared with existing prediction models, it was found that the predicted dynamic shear modulus ratio in this paper was slightly higher, which was due to the overall hardness of the clay in this area, leading to a slightly higher determination of the dynamic shear modulus ratio by the prediction model. Finally, for the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of the engineering site in the starting area of Xiong'an New Area, we confirm that the prediction formulas established in this paper have high reliability and provide the applicable range of the prediction model.
In the current study, the nonlinear vibration properties of an embedded zigzag single-walled carbon nanotube (SWCNT) are investigated. Winkler-type model is used to simulate the interaction of the zigzag SWCNTs with a surrounding elastic medium. The relation between deflection amplitudes and resonant frequencies of the SWCNT is derived through harmonic balance method. The equivalent Young's modulus and shear modulus for zigzag SWCNT are derived using an energy-equivalent model. The amplitude - frequency curves for large-amplitude vibrations are graphically illustrated. The simulation results show that the chirality of zigzag carbon nanolube as well as surrounding elastic medium play more important roles in the nonlinear vibration of the single-walled carbon nanotubes.
This paper describes the mechanical characteristics of poly 3C-SiC thin films grown on Si wafers with thermal oxide. In this work, the poly 3C-SiC thin film was deposited by APCVD method using only Ar carrier gas and single precursor HMDS at $1100^{\circ}C$. The elastic modulus and hardness of poly 3C-SiC thin films were measured using nanoindentation. Also, the roughness of surface was investigated by AFM. The resulting values of elastic modulus E, hardness H and the roughness of the poly 3C-SiC film are 305 GPa, 26 GPa and 49.35 nm respectively. The mechanical properties of the grown poly 3C-SiC film are better than bulk Si wafers. Therefore, the poly 3C-SiC thin film is suitable for abrasion, high frequency and MEMS applications.
The objective is to determine the mechanical properties of the composites formed in two types, theoretically. The first composite includes micro-particles in a matrix while the second involves long, thin fibers. A fictitious, homogeneous, linear-elastic and isotropic single material named as effective material is considered during calculation which is based on the equality of the strain energies of the composite and effective material under the same loading conditions. The procedure is carried out with volume integrals considering a unique strain energy in a body. Particularly, the effective elastic shear modulus has been calculated exactly for small-particle composites by the same procedure in order to determine of bulk modulus thereof. Additionally, the transverse shear modulus of fiber reinforced composites has been obtained through a simple approach leading to the practical equation. The results have been compared not only with the outcomes in the literature obtained by different method but also with those of finite element analysis performed in this study.
Calculating size-dependent mechanical properties of the nano-scale materials usually involves cumbersome numerical and theoretical works. In this paper, we aim to present a closed-form relation to calculate the length-dependent Young's modulus of carbon nanotubes (CNTs) based on nonlocal elasticity theory. In this regard, a single wall carbon nanotube (SWCNT) is considered as a rod structure and the governing nonlocal equations are developed under uniaxial tensile load. The equations are solved using analytical methods and strain distribution, total displacement and the size-dependent equivalent Young's modulus are obtained. Further, the results are compared with the molecular dynamics results from the literature. The outcome indicates that the calculated relations are coincident with the molecular dynamics results.
Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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1988.06a
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pp.35-37
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1988
This paper shows the possibility of the application of the orientation density function of fibers to the mechanics of fibrous assembly. As an example, the orientation density function of a single yarn was theoretically derived in consideration of the idealized helical yarn. And the theoretical derivation of the tensile modulus of the fibrous assembly was performed in view of the fiber orientation. Application of this orientation density function to the obtained tensile modulus and to the contraction factor of the yarn was also performed so that the theoretical equations of the tensile modulus and the contraction factor of the yarn were obtained. Close agreement was shown between the theoretical and the existing equations. Consequently it was confirmed that the application of the orientation density function to the mechanics of the fibrous assembly is sufficiently possible.
The elastic plastic fracture toughness of this material is evaluated by the an unloading compliance method according to the ASTM E813-97 and E1152-97 method on the smooth and side groove 1CT specimens. The effect of smooth and side groove is studied on the material tearing modulus and characterizes the crack tip field under the plane stress and strain. SG-365 steel is observed that J-R curve and Tmat value decrease as 0%, 20%, 30%, and 40%. The 40% side grooved specimen is very useful in estimation of the $J_IC$. Because it is much easier than the smooth specimen to the onset of the ductile tearing by the R curve method. Besides. it improves the accuracy of toughness values, decreases the scattering the them and tunneling and shear lip by the side groove. Applicability of tearing modulus($T_J$ proposed by paris et al as instability panameter for this material is investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.4
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pp.321-328
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2009
Shock absorption performances of various rubbers were investigated by using drop impact test. Several types of rubber such as NR, NBR, EPDM, SR and PUR with three respective levels of shore hardness were used for the test. As in the cases, the absorbed impact energies in rubbers were measured under seven different loads against impact energy between 5-80J. The impact absorption efficiencies of the rubbers then were evaluated by means of both single impact energy condition and summation of all impact energy applied condition. As shown in the results, PUR and EPDM have better shock absorption performances than other rubbers. Further analysis was extended to determine a shear modulus of SR through the finite element implementation with Blatz-Ko model. As can be seen, relatively higher level of absorption energy results in a decreasing shear modulus.
Targeting 9 types of rocks, which have high frequency of excavation, the researcher has analyzed decreasing behaviors of elastic modulus due to water content. The elastic modulus decreasing behaviors have been classified into 5 steps by uniaxial compressive strength. The results indicate that all of 5 sedimentary rocks and andesite show single decreasing behavior and granite, rhyolite, and gneiss demonstrate another decreasing behavior. Moreover, sensitivity of water content in granite, rhyolite, gneiss is almost twice as fast as that of the other rocks and their residual value of elastic modulus is very low.
Most research groups used two analysis methods (spectroscopy and nanotribology) to measure the mechanical properties of nano-materials: NMR (Nuclear Magnetic Resonance), IR (Infrared Spectroscopy), Raman Spectroscopy as the spectroscopy method and AFM (Atomic Force MicroScope), EFM (Electrostatic Force Microscope), KFM (Kelvin Force Microscope), Nanoindenter as the nanotribological one. Among these, the nano-indentation technique particularly has been recognized as a powerful method to measure the elastic modulus and the hardness. However, this technique are prone to considerable measurement errors with pressure conditions during measurement. In this paper, we measured the change of elastic modulus and hardness of an Al single crystal with the change of load, hold, and unload time, respectively. We found that elastic modulus and hardness significantly depend on load, hold, and unload time, etc. As the indent time was shortened, the elastic modulus value decreased while the hardness value increased. In addition, we found that elastic modulus value was more sensitive to indent load, hold, and unload time than the hardness value. We speculate that measurement errors of the elastic modulus and the hardness originate from the residual stress during indenting test. From our results, the elastic modulus was more susceptible to the residual stress than the hardness. Thus, we find that the residual stress should be controlled for the minimum measurement errors during the indenting test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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