In the present paper a transient three-dimensional thermo-mechanical model for concrete is presented. For given boundary conditions, temperature distribution is calculated by employing a three-dimensional transient thermal finite element analysis. Thermal properties of concrete are assumed to be constant and independent of the stress-strain distribution. In the thermo-mechanical model for concrete the total strain tensor is decomposed into pure mechanical strain, free thermal strain and load induced thermal strain. The mechanical strain is calculated by using temperature dependent microplane model for concrete (O$\check{z}$bolt, et al. 2001). The dependency of the macroscopic concrete properties (Young's modulus, tensile and compressive strengths and fracture energy) on temperature is based on the available experimental database. The stress independent free thermal strain is calculated according to the proposal of Nielsen, et al. (2001). The load induced thermal strain is obtained by employing the biparabolic model, which was recently proposed by Nielsen, et al. (2004). It is assumed that the total load induced thermal strain is irrecoverable, i.e., creep component is neglected. The model is implemented into a three-dimensional FE code. The performance of headed stud anchors exposed to fire was studied. Three-dimensional transient thermal FE analysis was carried out for three embedment depths and for four thermal loading histories. The results of the analysis show that the resistance of anchors can be significantly reduced if they are exposed to fire. The largest reduction of the load capacity was obtained for anchors with relatively small embedment depths. The numerical results agree well with the available experimental evidence.
In this study, Mg-Zn alloys are investigated in terms of their thermal properties after an addition of Cu. Al element is added to improve the mechanical properties and castability in general case. However, it was excluded here because it significantly decreases the thermal conductivity. On the other hand, Zn was added as a major element, which had less influence on reducing the conductivity and can complement the mechanical properties as well. Cu was also added, and it improved the heat transfer characteristics as the amount was increased. The composition ranges of Zn and Cu are 6 wt.% and 0~1.5 wt.%, respectively. Mg-6Zn-xCu alloy was prepared by a gravity casting method using a steel mold and then the thermal conductivity and the microstructure of the as-cast material were investigated. By measuring the density_(${\rho}$), specific heat_(Cp) and thermal diffusivity_(${\alpha}$), the thermal conductivity_(${\lambda}$) was calculated by the equation ${\lambda}={\rho}{\cdot}Cp{\cdot}{\alpha}$. As the amount of Cu increased in the Mg-6Zn-xCu alloy, the heat transfer characteristics were improved, resulting in a synergistic effect which is slow when the added Cu exceeds 1 wt.%. In order to investigate the relative thermal conductivity/emission of the Mg-6Zn-xCu alloy, AZ91 and AZ31 were experimentally evaluated and compared using a separate test equipment. As a result, the Mg-6Zn-1.5Cu alloy when compared to AZ91 showed improvements in the thermal conductivity ranging from 30 to 60% with a nearly 20% improvement in the thermal emission.
Biao Kong;Sixiang Zhu;Wenrui Zhang;Xiaolei Sun;Wei Lu;Yankun Ma
Geomechanics and Engineering
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제32권2호
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pp.233-244
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2023
With the increasing amount of resources required by the society development, mining operations go deeper, which raises the requirements of studying the effects of temperature on the physical and mechanical properties of coal and adjacent rock. For now, these effects are yet to be fully revealed. In this paper, a mechanical-electromagnetic radiation (EMR) test system was established to understand the mechanical deterioration characteristics of coal by the effect of thermal treatment and its deformation and fracture characteristics under thermo-mechanical coupling conditions. The mechanical properties of high-temperature-treated coal were analyzed and recorded, based on which, reasons of coal mechanical deterioration as well as the damage parameters were obtained. Changes of the EMR time series under unconstrained conditions were further analyzed before characteristics of EMR signals under different damage conditions were obtained. The evolution process of thermal damage and deformation of coal was then analyzed through the frequency spectrum of EMR. In the end, based on the time-frequency variation characteristics of EMR, a method of determining combustion zones within the underground gasification area and combustion zones' stability level was proposed.
에폭시 경화계에서 말단 관능기가 같은 선형아민 경화제의 주쇄에 포함된 에틸기에 결합된 질소원자 개수가 반응특성 및 열적, 기계적특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 빈용 에폭시수지인 DCEBF (diglycidyl ether of bisphenol F)를 DETA (diethylenetriamine), TETA (triethylenetetraamine) 그리고 TEPA (tetraethylenepentaamine)와 1:1 당량비로 경화하였다. 이 연구에서 DGEBF/아민계에서 경화제 주쇄의 질소원자 거수에 의하여 반응특성 및 열적성질, 기계적특성에 중대하게 영향을 미쳤다. 즉, 주쇄의 질소원자 개수가 작을수록 반응열이 많고 최대발열온도가 낮아졌다. 경화물의 경우 밀도와 최대반응전환률은 주쇄의 질소원자 개수와는 큰 관계가 없으나, 굴곡탄성률과 인장탄성률은 주쇄의 질소원자 개수가 작을 수록 크다. 그 외의 열안정성, 부피수축률(%), 유리전이온도, 인장강도, 굴곡강도는 주쇄의 질소원자 개수와는 일견 무관한 불규칙한 경향을 보인다. 이는 최대반응전환률(%)의 차이가 이러한 특성에 영향을 미치는 것을 나타낸다.
본 연구에서는 돌침대용 석재/목재 복합재의 열적특성 및 접착특성 개선에 대한 연구를 진행하였다. 기초 물성을 체크하기 위해 인장실험을 진행하였고 석재 및 목재의 실시간 온도측정을 진행하였다. 석재/목재 복합재의 가열부위에 따른 열적 특성을 알아보기 위해 석재를 위로 두었을 때와 목재를 위로 두었을 때 두 가지 방법으로 가열을 실시하였다. 에폭시 접착제에 CNT를 넣음으로써, 열적 및 접착특성의 변화를 알아보기 위하여 실시간 온도측정과 랩 전단 실험을 실시하였다. 실험결과 목재를 위로 두었을 때 열적 특성이 좋은 것을 확인하였고 에폭시 접착제에 CNT를 넣음으로써 접착특성 및 열적특성이 개선됨을 볼 수 있었다.
Thermal deformation in an electronic package due to thermal strain mismatch is investigated. The warpage and the in-plane deformation of the package after encapsulation is analyzed using the laminated plate theory. An exact solution for the thermal deformation of an electronic package with circular shape is derived. Theoretical results are presented on the effects of the layer geometries and material properties on the thermal deformation. Several applications of the exact solution to electronic packaging product development are illustrated. The applications include lead on chip package, encapsulated chip on board and chip on substrate.
In this study, we investigated the effect of Fe addition (0, 0.25, 0.50 and 0.75 wt.%) on the microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of as-cast and as-extruded Al-RE alloys. As the Fe element increased by 0 and 0.75wt.%, the phase fraction increased to 5.05, 5.76, 7.14 and 7.38 %. The increased intermetallic compound increased the driving force for recrystallization and grain refinement. The electrical conductivity of Al-1.0 wt.%RE alloy with Fe addition decreased to 60.29, 60.15, 59.58 and 59.13 %IACS. With an increase in the Fe content from 0 to 0.75 wt.% the ultimate tensile strength (UTS) of the alloy increased from 74.3 to 77.5 MPa. As the mechanical properties increase compared to the reduction of the electrical conductivity due to Fe element addition, it is considered to be suitable for fields requiring high electrical conductivity and strength.
The present paper deals with the analytical solution of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder in the magnetic field under mechanical, thermal and electrical loads. All mechanical, thermal and electrical properties except Poisson ratio can be varied continuously and gradually along the thickness direction of the cylinder based on a power function. The cylinder is assumed to be axisymmetric. Steady state heat transfer equation is solved by considering the appropriate boundary conditions. Using Maxwell electro dynamic equation and assumed magnetic field along the axis of the cylinder, Lorentz's force due to magnetic field is evaluated for non homogenous state. This force can be employed as a body force in the equilibrium equation. Equilibrium and Maxwell equations are two fundamental equations for analysis of the problem. Comprehensive solution of Maxwell equation is considered in the present paper for general states of non homogeneity. Solution of governing equations may be obtained using solution of the characteristic equation of the system. Achieved results indicate that with increasing the non homogenous index, different mechanical and electrical components present different behaviors along the thickness direction. FGP can control the distribution of the mechanical and electrical components in various structures with good precision. For intelligent properties of functionally graded piezoelectric materials, these materials can be used as an actuator, sensor or a component of piezo motor in electromechanical systems.
방향족아민 경화제의 벤젠링 사이의 관능기 변화가 반응특성, 기계적특성 및 열적특성에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 범용 에폭시수지인 DGEBF와 방향족아민 경화제 DDM, DDS 각각을 1:1의 당량비로 혼합하여 동일한 조건으로 경화하였다. 그 결과 에폭시수지 경화물의 특성은 경화제의 벤젠링 사이의 관능기 구조에 따라 매우 큰 영향을 받았다. 즉, 벤젠링 사이에 길이가 길고 bulky한 술폰기를 포함한 DDS는 반응성, 열안정성, 밀도, shrinkage($\%$), 선팽창계수, 인장탄성율. 인장강도, 굴곡탄성율, 굴곡강도의 값이 벤젠링 사이에 메틸기를 가지는 DDM 경화물계 보다 높게 나타났지만, epoxide기의 전환율, 유리전이온도의 값은 낮게 나타냈다. 이것은 술폰기의 강한 전기음성도와 메틸기의 전기 양성적인 repulsive한 성질의 차이에 의한 영향인 것으로 판단된다. 굴곡 파단면의 관찰 결과는 DDS 경화물계의 각개 grain이 불규칙적으로 분포되어 있음을 확연하게 보여준다.
The gamma irradiation was on to Poly(butylene sebacate-co-terephthalate) (PBSeT), Poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), Poly(lactic acid) (PLA) and casting polypropylene (CPP) at dose levels from 0 to 50 kGy. The properties of gamma irradiated samples were analyzed using DSC, TGA, UTM and FT-IR spectra. The mechanical and thermal properties of PBSeT and PBAT after gamma irradiation were less affected than CPP. The tensile strength and elongation of PBSeT was not affected by gamma irradiation, while these of PBAT, PLA and CPP were significantly decreased at 50 kGy gamma-ray dose. The thermal stability of PBSeT, PBAT, PLA and CPP showed a similar tendency to tensile strength. The glass transition temperature(Tg) and melting temperature(Tm) of PBSeT and PBAT were not altered by increasing gamma-ray dose, while these of PLA and CPP decreased. The chemical composition of all samples was not modified by gamma irradiation, and it was confirmed by FT-IR spectra. Based on mechanical and thermal stability studies of gamma irradiation on bioplastics, tested biodegradable packaging materials showed a potential to be used in sterilization process up to 35 kGy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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