4-Vinyl-1-cyclohexene diepoxide (VCE)/diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) epoxy blends with benzylquinoxalinium hexafluoroanti-monate were cured using an electron-beam technique. The effect of DGEBA content to VCE on cure behavior, thermal stabilities, and mechanical properties was investigated. The composition of VCE/DGEBA blend system vaned within 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80, and 0:100 wt%. The cure behavior and thermal stability of the cured specimens was monited by near-infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis, respectively. Also, the critical stress intensity factor ($_{4}$) test of the cured specimens was performed to study the mechanical interfacial properties. As a result, the decreases of short side-chain structure and chain scission were observed in NIR measurements as the DGEBA content increases, resulting in varying the hydroxyl and carbonyl groups. And, the initial decomposition temperature (IDT), temperature of maximum weight loss (T$\_$max/), and decomposition activation energy (E$\_$d/) as thermal stability factors were increased with increasing the DGEBA content. These results could be explained by mean of decreasing viscosity, stable aromatic ring structure, and grafted interpenetrating polymer network with increasing of DGEBA content. Also, the maximum $_{4}$ value showed at mixing ratio of 40:60 wt% in this blend system. in this blend system.
In this work, the effect of chemical treatments on surface properties of SiC was investigated in thermal and mechanical interfacial behaviors of SiC/PMMA nanocomposites. The acid/base value, contact angles, and FT-IR analysis were performed for the study of surface characteristics of the SiC studied. The thermal stabilities of the SiC/PMMA nanocomposites were investigated by thermogravimetric analysis (TGA). Also the mechanical interfacial properties of the composites were studied in critical stress intensity factor ($K_{IC}$) and critical strain energy release rate ($G_{IC}$) measurements. As a result, the acidically treated SiC (A-SiC) had higher acid value than that of untreated SiC (V-SiC) or basically treated SiC (B-SiC). The acidic solution treatment led to an increase in surface free energy of the SiC, mainly due to the increase of its specific component. Thermal and mechanical interfacial properties of the SiC/PMMA nanocomposites, including initial decomposition temperature (IDT), $K_{IC}$, and $G_{IC}$ had been improved in the acidic treatment on SiC. This was due to the improvement in the interfacial bonding strength, resulting from the acid-base interfacial interactions between the fillers and polymeric matrix.
This study analyzes the apparent fracture toughness of a thick-walled cylinder with a functionally graded material (FGM) coating at the inner surface of the cylinder. The cylinder is assumed to have a single radial edge crack emanating from its inner surface. The crack surfaces and the inner surface of the cylinder are subjected to an internal pressure. The incompatible eigenstrain developed in the cylinder due to nonuniform coefficient of thermal expansion as a result of cooling from sintering temperature is taken into account. Based on a method of evaluating stress intensity factor introduced in our previous study, an approach is developed to calculate apparent fracture toughness. The approach is demonstrated for a cylinder with a TiC/$Al_{2}O_{3}$ FGM coating and some numerical results of apparent fracture toughness are presented graphically. The effects of material distribution profile, cylinder wall thickness, application temperature, and coating thickness on the apparent fracture toughness are investigated in details. It is found that all of these factors play an important role in controlling the apparent fracture toughness of the cylinder.
In this work, the effects of ozone treatments on mechanical interfacial properties of carbon fibers-reinforced nylon-6 matrix composites were investigated. The surface properties of ozone treated carbon fibers were studied by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Mechanical interfacial properties of the composites were investigated using critical stress intensity factor ($K_{IC}$). The cross-section morphologies of ozone-treated carbon fiber/nylon-6 composites were observed by scanning electron microscope (SEM). As a result, $K_{IC}$ of the ozone-treated carbon fibers-reinforced composites showed higher values than those of as-received carbon fibers-reinforced composites due the enhanced $O_{1s}/C_{1s}$ ratio of the carbon fiber by the ozone treatments. This result concludes that the mechanical interfacial properties of nylon-6 matrix composites can be controlled by suitable ozone treatments on the carbon fibers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.11
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pp.1361-1368
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2011
Fatigue crack propagation behavior and the fatigue life in-high performance steel were investigated by means of fatigue crack propagation tests under constant loading conditions of 'R=0.1 and f=0.1 Hz', 'R=0.3 and f=0.3 Hz', and 'R=0.5 and f=0.5 Hz' for the load ratio and frequency, respectively. A modified Forman model was developed to describe the fatigue crack propagation behavior for the conditions. The modified Forman model is applicable to all fatigue crack propagation regions I, II, and III by implementing the threshold stress intensity factor range and the effective stress intensity factor range caused by crack closure. The results show that predicted fatigue lives of Forman and modified Forman models were 8,814 and 12,292 cycles, respectively when the crack propagated approximately 5.0 mm and the load ratio and frequency were both 0.1. Comparison of the test results indicates that the modified Forman model showed much more effective fatigue crack propagation behavior in high-performance steel.
Subcritical crack growth is one of the main causes of time-dependent fracturing in rock. In the present study, we investigated subcritical crack growth in rock in distilled water (pH = 5.7) and in an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOHaq, pH = 12), comparing the results to those in air. We also investigated the effect of the pH in an aqueous environment. We used andesite and granite for all our tests. We determined the relationship between the crack velocity and the stress intensity factor using the double-torsion test under conditions of controlled temperature. We showed that crack velocities in water were higher than those in air, in agreement with other research results indicating that crack velocity increases in water. When we compared our results for NaOHaq with those for water, however, we found that the crack velocity at the same stress intensity factor did not change even though the pH of the surrounding environment was different. This result does not agree with the accepted understanding that hydroxide ions accelerate subcritical crack growth in rocks. We concluded that the pH at the crack tip influences subcritical crack growth, and not the bulk pH, which has little effect.
In this work, the anodic oxidation of carbon fibers was carried out to enhance the mechanical interfacial properties of carbon fibers-reinforced epoxy matrix composites. The surface characteristics of the carbon fibers were studied by FTIR, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy (SEM). Also, the mechanical interfacial properties of the composites were studied with interlaminar shear strength (ILSS), critical stress intensity factor ($K_{IC}$), and critical strain energy release rate ($G_{IC}$). The anodic oxidation led to a significant change in the surface characteristics of the carbon fibers. The anodic oxidation of carbon fiber improved the mechanical interfacial properties, such as ILSS, $K_{IC}$, and $G_{IC}$ of the composites. The mechanical interfacial properties of the composites anodized at 20% sulfuric/nitric (3/1) were the highest values among the anodized carbon fibers. These results were attributed to the increase of the degree of adhesion at interfaces between the carbon fibers and the matrix resins in the composite systems.
Kim, Jeong Hwan;Lee, Hwa Young;Lee, Min-Kyung;Lee, Jae-Hun;Lyu, Geunjun
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.25
no.6
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pp.53-65
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2021
While the hydrogen refueling station is rapidly expanded and installed, the safety inspection of the hydrogen pressure vessel in the station should be very important. Of these, according to ASME, hydrogen embrittlement tests must be performed for hydrogen vessel that store hydrogen above a certain pressure. The main test method for hydrogen embrittlement inspection is to carry out fracture tests and fatigue fracture tests in a high pressure hydrogen atmosphere, which allows the durability limit of the pressure vessel to be measured and the endurable limit to be determined in the hydrogen atmosphere. In detail, the critical crack depth can be calculated by the stress intensity factor(K), and the service life can be determined by da/dN (fatigue growth rate). API579-1/ ASME FFS-1 part 9 exemplifies the calculation method according to the mode of crack-like flaws, but for various shapes such as plates and cylinders, there are about 55 modes according to the shape and location of the crack. Due to the fairly complex formula, it is not easily accessible. In this study, we will show you how to calculate fracture mechanics numerically via Excel and VBA. In addition, this was applied to analyze the effects of the thickness and inner diameter of the pressure vessel on the service life.
This study encompasses the performance of static and fatigue test for the 8 large scale test specimens to clarify the fatigue behavior of coped stringer and the effect of the repair and strengthening on the damaged stringer of the floor system in steel railway bridges. For the purpose of the research, the actual stress wave for the existing bridge was measured, the basic stress range frequency histogram was made and the equivalent stress range was calculated. Using the result from the equivalent stress range made by adjusting the stress range, the static and fatigue test was carried out by identifying the previous rehabilitation and after. As the result of the static tests, it was revealed that the level of local stress under the S1 specimen test of the real equivalent stress range was similar to tensile strength of the test material, and it was consistent with the requirement of the initiation condition of the fatigue crack. Through the various rehabilitation methods to the damaged specimens, the effects of the repair and reinforcement were analyzed. According to the results of the repair of effect, bolting the high tension bolt over the stop hole was confirmed to be more adequate method than drilling only stop hole to delay the fatigue crack growth. Futhermore, in case of the stringer subjected by bending moment, the reinforcement over the upper flange side was determined to be a useful strengthening method, and the reinforcement to the web of the stringer was not appropriate to accomodate as a adequate strengthening method. Also it was confirmed that the category of the fatigue design for the coped stringer met with the category E specified on the fatigue design criteria of the Highway Standard Specification in Korea.
An approach using complex potentials is presented for analysis of composite plate with an elliptical hole or a rectilinear crack. Composite structure is susceptible to encounter impact damages, which lead to considerable decrease in its residual strength. Such impact damages could be modeled as an equivalent elliptical hole or notch-like crack. Even though finite element method is widely used to analyze stresses or fracture mechanics parameters around such damage, it is tedious to make successive FE-modeling for damage tolerance assessment under fatigue loadings. In this point of view, the solutions based on complex potentials are very simple and easy to use. The computed results are also compared and discussed with those from FEA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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