Present investigation shows the analysis results for ceramic reinforced metal matrix composite under uniaxial transverse tensile loading. The resulting deformation, the projected damage type, and stress-strain behavior were computed depending on microstructure details such as the type of periodic reinforcement array, and the type of interface bonding. A two-dimensional finite element analysis was conducted based on the unit-cell of square, hexagonal, or diagonal periodic away For composite with strong interface bonding, the transverse stress vs. strain curve was generally increased with the increase of the ceramic volume fraction. For the composite with weakly bonded interface, however, the transverse stress vs. strain curve was reduced against the ceramic volume fraction. The decrease was caused by the interface debonding-induced stiffness reduction of the composite. For the composite of weakly bonded interface, the relative reduction rate in the final limit stress for hexagonal array was larger than that for square array. Outcome of the present study was compared favorably with the published literature data.
Fiber reinforced plastic (FRP) is a typical plastic composite which is fabricated using fiber reinforcement with resin to represent the high strength properties. The mechanical properties of FRP should be determined by a fibrous material, and the studies about the role of fiber as a reinforcement has been an interested subject, whereas a study along the effect of filler is not so big. However, the filler effect must be considered on the properties of the composite, because the filler influence on the plastic or resin compound which reacts as a matrix material of the composite. Thus, in this work, we studied the filler effect with size and content using $3-6{\mu}m$ of ground calcium carbonate. The specimen was prepared by sheet molding compound (SMC) method, and the mechanical properties were compared with bending strength and tensile strength. As a result, it was confirmed that the size and contents of calcium carbonate affected the strength of composites, and the condition of $2.8{\mu}m$ which was the smallest size condition showed the highest strength.
$Al_2O_3$-SiC composites reinforced with SiC whisker ($SiC_w$) were fabricated using three different methods. In the first, $Al_2O_3-SiC_w$ starting materials were used. In the second, $Al_2O_3-SiC_w$-SiC particles ($SiC_p$) were used, which was intended to enhance the mechanical properties by $SiC_p$ reinforcement. In the third method, reaction-sintering was used with mullite-Al-C-$SiC_w$ starting materials. After hot-pressing at $1750^{\circ}C$ and 30 MPa for 1 h, the composites fabricated using $Al_2O_3-SiC_w$ and $Al_2O_3-SiC_w-SiC_p$ showed strong mechanical properties, by which the effects of reinforcement by $SiC_w$ and $SiC_p$ were confirmed. On the other hand, the mechanical properties of the composite fabricated by reaction-sintering were found to be inferior to those of the other $Al_2O_3$-SiC composites owing to its relatively lower density and the presence of ${\gamma}-Al_2O_3$ and ${\gamma}-Al_{2.67}O_4$. The greatest hardness and $K_{1C}$ were 20.37 GPa for the composite fabricated using $Al_2O_3-SiC_w$, and $4.9MPa{\cdot}m^{1/2}$ using $Al_2O_3-SiC_w-SiC_p$, respectively, which were much improved over those from the monolithic $Al_2O_3$.
Statements of problem: All ceramic fixed partial denture cores can be made by the slip casting method and the advanced alumina tape method. The fracture resistance of these core connector areas is relatively low. Purpose: The purpose of this study is to standardize the appropriate volumetric figure and location of the connectors in the alumina core fabricated in alumina tape to be used in fixed partial dentures by way of topology optimization. Material and method: A maxillary anterior three-unit bridge alumina core with teeth form and surrounding periodontal apparatus model was used to ultimately design the most structurally rigid form of the connector. Loadings from a $0^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ to the axis of each tooth were applied and analyzed with the 3-D finite element analysis method. Using the results from these experiments, the topology optimization was applied and the optimal reinforcement layout of connector was obtained and the detail shape in the fixed partial denture core was designed. Results: The modified prosthesis with the form of a bulk in the lower lingual surface of the connector in the event, reduced the stress concentration up to 20% in the 3-D FEA. Conclusion: The formation of a bulk in the lower lingual connector area of an alumina core for a fixed partial denture decreases the stress to a clinically favorable measure but does not harm the esthetic point of view. This result illustrates the possibility of clinical application of the modified form designed by the topology optimization method.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.261-264
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2005
Since the first discovery of carbon nanotube (CNT) in 1991, a window to new technological areas has been opened. One of the emerging applications of CNTs is the reinforcement of composite materials to overcome the performance limits of conventional materials. However, because of the difficulties in distributing CNTs homogeneously in metal or ceramic matrix by means of traditional composite processes, it has been doubted whether CNTs can really reinforce metals or ceramics. In this study, CNT reinforced Cu matrix nanocomposite is fabricated by a novel fabrication process named molecular level mixing process. This process produces CNT/Cu composite powders whereby the CNTs are homogeneously implanted within Cu powders. The CNT/Cu nanocomposite, consolidated by spark plasma sintering of CNT/Cu composite powders, shows to be 3 times higher strength and 2 times higher Young’s modulus than Cu matrix. This extra-ordinary strengthening effect of carbon nanotubes in metal is higher than that of any other reinforcement ever used for metal matrix composites.
Mirzaei, Manouchehr Mohammad Hosseini;Loghman, Abbas;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.567-576
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2019
Time-dependent creep analysis of a rotating functionally graded cantilever beam with trapezoidal longitudinal cross section subjected to thermal and inertia loading is investigated using first-order shear deformation theory (FSDT). The model described in this paper is a simple simulation of a turbine blade working under creep condition. The material is a metal based composite reinforced by a ceramic where the creep properties of which has been described by the Sherby's constitutive model. All mechanical and thermal properties except Poisson's ratio are assumed to be variable longitudinally based on the volume fraction of constituent. The principle of virtual work as well as first order shear deformation theory is used to derive governing equations. Longitudinal distribution of displacements and stresses are investigated for various volume fractions of reinforcement. Method of successive elastic solution is employed to obtain history of stresses and creep deformations. It is found that stresses and displacements approach their steady state values after 40000 hours. The results presented in this paper can be used for selection of appropriate longitudinal distribution of reinforcement to achieve the desired stresses and displacements.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.25
no.6
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pp.290-293
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2015
Recently, a lot of interest has been shown in structural maintenance managements of civil infrastructures. Many researchers have been conducted on various maintenance techniques and repair materials. Among other fiber materials the carbon fiber materials are especially focused on maintenance management of Highway Bridges. Extensive work has been done on Carbon Fiber Sheet (CFS). Nevertheless, Carbon Fiber Strand Sheet (CFSS) is a newly developed material, on which limited work has been done until now. Therefore, in this study bonding the CFSS to RC slab specimen and fatigue resistance evaluation has been conducted. The results demonstrated an increase of 25.3 times more reinforcement of RC slab compared to non-reinforced RC slab. Moreover, compared to CFS-bonded RC slab, The CFSS-bonded RC slab showed 1.2 times greater reinforcement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1713-1721
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1994
Intermetallic-matrix composites(IMCs) have the potential of combing matrix properties of oxidation resistance and high temperature stability with reinforcement properties of high specific strength and modulus. One of the major limiting factors for successful applications of these composite at high temperatures is the formation of interfacial reactions between matrix and ceramic reinforcement during composite process and during service. The purpose of the present investigation is to develop a better understanding of the nature of creep fracture mechanisms in a $Ni_{3}Al$ composite reinforced with both $TiB_{2}$ and SiC particulates. Emphasis is placed in the roles of the products of the reactions in determining the creep lifetime of the composite. In the present study, creep rupture specimens were tested under constant ranging from 180 to 350 MPa in vacuum at $760^{\cric}C$. The experimental data reveal that the stress exponent for power law creep for the composite is 3.5, a value close to that for unreinforced $Ni_{3}Al$. The microstructural observations reveal that most of the cavities lie on the grain boundaries of the $Ni_{3}Al$ matrix as opposed to the large $TiB_{2}/Ni_{3}Al$ interfaces, suggesting that cavities nucleate at fine carbides that lie in the $Ni_{3}Al$ grain boundaries as a result of the decomposition of the $SiC_{p}$. This observation accounts for the longer rupture times for the monolicthic $Ni_{3}Al$ as compared to those for the $Ni_{3}Al/SiC_{p}/TiB_{2} IMC$. Finally, it is suggested that creep deformation in matrix appears to dominate the rupture process for monolithic $Ni_{3}Al$, whereas growth and coalescence of cavities appears to dominate the rupture process for the composite.
High-temperature thermal insulation materials challenge extensive oxide candidates such as porus $SiO_2$, $Al_2O_3$, yttria-stabilized zirconia, and mullite, due to the needs of good mechanical, thermal, and chemical reliabilities at high temperatures simultaneously. Recently, porous rare earth (RE) silicates have been revealed to be excellent thermal insulators in harsh environments. These materials display attractive properties, including high porosity, moderately high compressive strength, low processing shrinkage (near-net-shaping), and very low thermal conductivity. The current critical challenge is to balance the excellent thermal insulation property (extremely high porosity) with their good mechanical properties, especially at high temperatures. Herein, we review the recent developments in processing techniques to achieve extremely high porosity and multiscale strengthening strategy, including solid solution strengthening and fiber reinforcement methods, for enhancing the mechanical properties of porous RE silicate ceramics. Highly porous RE silicates are highlighted as emerging high-temperature thermal insulators for extreme environments.
Shrinkage crack is a major concern for cement materials, especially for flat structures such as Korean On-Dol floor system, flooring for garages, and wall. One of the methods to reduce the adverse effects of shrinkage cracking is to reinforce cement materials with shot randomly distributed fibers. The efficiency of inorganic fibrous material to arresting cracks in cementitious composites was studied. Cement materials reinforced with five different qualities of inorganic fibrous material were tested. Contents of inorganic fibrous material were 1.0 kg, 1.5 kg, 2.0 kg, 2.5 kg, 3.0 kg by weight of cement mortar and C : S types of cement mortar were 1:3 and 1:4. W/C were 60% and 80%. Cement mortar of inorganic fibrous material reinforcement showed an ability to reduce the crack width and crack length significantly as compared to unreinforced cement mortar. $40%{\sim}60%$ drop in shrinkage crack of 1:4 cement mortar with 1.5 kg over was observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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