본 논문에서는 Contact Etch Stop Layer (CESL)인 nitride film의 mechanical stress에 의해 인가되는 channel stress가 소자 특성에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 잘 알려진 바와 같이 NMOS는 tensile stress와 PMOS에서는 compressive stress가 인가되었을 경우 drain current가 증가하였으며 그 원인을 체계적으로 분석하였다. NMOS의 경우 tensile stress가 인가됨으로써 back scattering ratio ($\tau_{sat}$)의 감소와 thermal injection velocity ($V_{inj}$)의 증가로 인해 mobility가 개선됨을 확인하였다. 또한 $\tau_{sat}$, 의 감소는 온도에 따른 mobility의 감소율이 작고, 그에 따른 mean free path ($\lambda_O$)의 감소율이 작기 때문인 것으로 확인되었다. 한편 PMOS의 compressive stress 경우에는 tensile stress에 비해 온도에 따른 mobility의 감소율이 크기 때문에 channel back scattering 현상은 심해지지만 source에서의 $V_{inj}$가 큰 폭으로 증가함으로써 mobility가 개선됨을 확인 할 수 있었다. 따라서 CES-Layer에 의해 인가된 channel stress에 따른 소자 특성의 변화는 inversion layer에서의 channel back scattering 현상과 source에서의 thermal injection velocity에 매우 의존함을 알 수 있다.
Instrumented indentation testing has been widely used for residual stress measurement. The Knoop indentation is mainly selected for determining anisotropic mechanical properties and non-equibiaxial residual stress. However, the measurement of equibiaxial stress state and compressive residual stress on a specimen surface using Knoop indentation is neither fully comprehended nor unavailable. In this study, we investigated stress conversion factors for measuring Knoop indentation on equibiaxial stress state through indentation depth using finite element analysis. Knoop indentation was conducted for specimens to determine tensile and compressive equibiaxial residual stress. Both were found to be increased proportionally according to indentation depth. The stress field beneath the indenter during each indentation test was also analyzed. Compressive residual stress suppressed the in-plane expansion of stress field during indentation. In contrast, stress fields beneath the indenter developed diagonally downward for tensile residual stress. Furthermore, differences between trends of stress fields at long and short axes of Knoop indenter were observed due to difference in indenting angles and the projected area of plastic zone that was exposed to residual stress.
Due to intrinsic load eccentricity, severe peel stress concentration occurs at both ends of the single-lap joint. To avoid load eccentricity as well as the singular tensile peel stress in the joint interface, composite wavy-lap joint is proposed. In this paper, refined 3-D stress analysis of wavy-lap joint is performed by finite element method using parallel mutifrontal solver. Analysis results show that the singular tensile peel stress concentration is totally avoided in wavy-lap joint, and that loads are more evenly transferred over the length of the joint. Therefore, the strength of wavy-lap joint is significantly higher than that of conventional single-lap joint. And it is believed that even higher strengths can be obtained by optimizing the new design configuration.
In this paper, the author proposes a fatigue damage parameter of spot welded joints under proportional loading. The proposed fatigue damage parameter is developed based on von Mises' equivalent stress and local structural stress at the edge of spot weld nugget. The structural stress at the edges of the weld nugget in each sheet is calculated using the forces and moments that are determined by finite element analysis. A structural equivalent stress is then calculated by von Mises' equivalent stress equation. The structural equivalent stresses are correlated to experimental fatigue life of the spot welded joints. The proposed parameter is evaluated with fatigue test data of spot welds subjected to multi axial and tensile-shear loads. Sheppard's parameter and Rupp and co-workers' parameter are also evaluated with the same test data to compare with the author's parameter. This proposed parameter presents a better correlation with experimental fatigue data than those of Sheppard's and Rupp and co-workers' parameter. The proposed parameter should be very effective for durability calculations during the early design phase since coarsely meshed finite element models can be employed.
In this study are determined the unsteady temperature and thermal stress fields for a domestic 4-cylinder, 4-cycle gasoline engine cylinder head by the three-dimensional finite element method. A representative part of the cylinder head is modelled as a combination of hexahedron isoparametric elements, and the time-dependent temperature and the heat transfer coefficient of the gas are imposed as the thermal boundary conditions for the engine speeds of 500 rpm and 2000 rpm. The obtained results, which are represented graphically, indicate that the amplitudes of temperature fluctuation during a cycle are about 10.deg. C and 3.deg. C respectively on the surface of combustion chamber, and the maximum temperature fields occur at 30.deg. , 10.deg. respectively before the initiation of the exhaust stroke. Thermal stress fields due to non-uniform temperature distributions show that compressive stress is much larger than tensile stress throughout a cycle. It is also found that the compressive stress varies with substantial amplitude between the exhaust port and ignition plug hole, and the high tensile stress with small fluctuation occurs between exhaust port and the adjacent head bolt hole.
Failure of connecting rod in automotive engine may cause catastrophic situation. The corner radius at small end has an effect on stress raising. To investigate the stress distribution in connecting rod during operation, the finite element analysis was used by giving possible maximum tension and compression. Excessive sizing after forging connecting rod may result in the tensile residual stress which lower the fatigue life and cause premature failures. It was shown that when the sizing amount is too large, the location of high tensile residual stress coincide with that of high stress amplitude during operation through the elastic-plastic finite element analysis. The endurance limit moves down due to the surface finish and decarburization, which combines with the movement of resultant stress points to dangerous range. It was concluded that the precise control of sizing and enough corner radius are necessary to a reliability of connecting rod.
In this study, analysis and design programs of bending of RC beams strengthened with fiber sheets are developed by using Visual Basic Language. The program consists two groups, ultimate strength method and nonlinear flexural analysis method. Ultimate strength method regards concrete compressive stress as a rectangular stress block and do not consider tensile stress of concrete and load-deflection curves. On the other hand, nonlinear flexural analysis considers tensile stress of concrete, load-deflection curves, state of stress distribution and failure strain of strengthening material. Also, the analysis method used in this study regards nonlinear flexural stress as compressive stress of concrete. This program can be a good tool for determining the bending strength of strengthened RC beams and estimating the amount of fiber sheets for practical use.
This study presents a mathematical model predicting the stress-strain behavior of fiber reinforced (FMMCs) and fiber/particle reinforced metal matrix composites (F/P MMCs). MMCs were fabricated by squeeze casting method using Al2O3 short fiber and particle as reinforcement, and A356 aluminum alloy as matrix. The fiber/particle ratios of F/P MMCs were 2:1, 1:1, 1:2 with the total reinforcement volume fraction of 20 vol.%, and the FMMCs were reinforced with 10 vol,%, 15 vol. %, 20 vol. % of fibers. Tensile tests were conducted and compared with predictions which were derived using laminate analogy theory and multi-failure model of reinforcements. Results show that the tensile strength of FMMCs with 10 vol.% of fiber was well matched with prediction, and as the fiber volume increases, predictions become larger than experimental results. The difference between the prediction and experiment is considered to be a result of matrix allowance of fiber damage in tensile loading. As the fiber volume fraction in FMMCs increases, the fiber damage increases and so that the tensile strength is reduced. The strength of F/P MMCs approaches more closely to the prediction than FMMCs reinforced with 20 vol.% of fibers because F/P MMCs contains small quantity of fibers and thus has a positive effect in fiber strengthening.
Perforated plates with cutouts (or holes) are widely used in structural members. These cutouts provide stress concentration in plates. Extensive studies have been carried out on stress concentration in perforated plates, which consider cutout shapes, boundary conditions, bluntness of cutouts, and more. This study presents stress concentration analyses of perforated plates with not only various cutouts and bluntness but also different cutout orientations. Especially, the effect of cutout orientation on stress concentration is emphasized since structural members have become more complicated recently. To obtain stress concentration patterns, a finite element program, ANSYS, is used. For the designated goal, three parameters are considered as follows: the shapes of polygonal cutouts (circle, triangle, and square), bluntness (a counter measure of radius ratio, r/R), and rotation of cutouts (${\theta}$). From the analyses, it is shown that, in general, as bluntness increases, the stress concentration increases, regardless of the shape and rotation. A more important finding is that the stress concentration increases as the cutouts become more oriented from the baseline, which is the positive horizontal axis (+x). This fact demonstrates that the orientation is also a relatively significant design factor to reduce stress concentration. In detail, in the case of the triangle cutout, orienting one side of the triangle cutout to be perpendicular to the applied tensile forces is preferable. Similarly, in the case of the square cutout, it is more advantageous to orient two sides of square cutout to be perpendicular to the applied tensile force. Therefore, at the design stage, determining the direction of a major tensile force is required. Then, by aligning those polygon cutouts properly, we can reduce stress concentration.
In this paper, a compression to tensile load converter device was developed to determine the anisotropic tensile strength of concrete. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement, respectively. Concrete samples with a hole at its center was prepared and subjected to tensile loading using the compression to tensile load converter device. A hydraulic load cell applied compressive loading to converter device with a constant pressure of 0.02 MPa per second. Compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. The samples have three different configurations related to loading axis; 0, $45^{\circ}$, $-45^{\circ}$. A series of finite element analysis were done to analyze the effect of hole diameter on stress concentration of the hole side along its horizontal axis to provide a suitable criterion for determining the real tensile strength of concrete. Concurrent with indirect tensile test, Brazilian test and three point loading test were also performed to compare the results from the three methods. Results obtained by this device were quite encouraging and show that the tensile strengths of concrete were similar in different directions because of the homogeneity of bonding between the concrete materials. Also, the indirect tensile strength was clearly lower than the Brazilian test strength and three point loading test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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