Seo, Do-Won;Kim, Hak-Kun;Song, Jun-Hee;Lim, Jae-Kyoo;Park, Chan-Gyung
Proceedings of the KSME Conference
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2000.04a
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pp.121-126
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2000
Metal/Ceramic structures have many attractive properties, with great potential for applications that demand high stiffness, as well as chemical and biological stability, thermal and electrical insulation. They are currently in use for mechanical and thermal protection in cutting tool and engine parts. With all their great advantage, ceramics suffer from one major problem they are brittle, and are especially susceptible to cracking from surface contacts. Delamination at the interfaces with adjacent layers is a particularly disturbing problem, and can cause premature failure of a composite system. so determination of adhesive properties of coating is one of the most important problems for the extension of the use of coated materials. In this work, mechanical characteristics of Interface of ceramic/Metal composites are evaluated by means of hardness test, indentation test apparent interfacial toughness and bonding strength test. The interface indentation test provides a relation between the applied load(P) and the length of the crack(a) created at the interface between the coating and the substrate.
On mesoscopic level, concrete can be treated as a three-phase composite material consisting of mortar, aggregates and interfacial transition zone (ITZ) between mortar and aggregate. A lot of research has confirmed that ITZ plays a crucial role in the mechanical fracture process of concrete. The aim of the present study is to propose a numerical method on mesoscale to analyze the failure mechanism of reinforced concrete (RC) structures under mechanical loading, and then it will help precisely predict the damage or the cracking initiation and propagation of concrete. Concrete is meshed by means of the Rigid Body Spring Model (RBSM) concept, while the reinforcing steel bars are modeled as beam-type elements. Two kinds of RC members, i.e. subjected to uniaxial tension and beams under bending, the fracture process of concrete and the distribution of cracks, as well as the load-deflection relationships are investigated and compared with the available test results. It is found that the numerical results are in good agreement with the experimental observations, indicating that the model can successfully simulate the failure process of the RC members.
Due to heterogeneities at all scales, concrete exhibits significant variability in mechanical behavior from sample to sample. An understanding of the fundamental mechanical performance of concrete must therefore be embedded in a stochastic framework. The current work attempts to address the connection between a two-dimensional concrete mesostructure and the random local material properties associated within that mesostructure. This work builds on previous work that has focused on the random configuration of concrete mesostructures. This was accomplished by developing an understanding of the effects of variations in the mortar strength and the mortar-aggregate interfacial strength in given deterministic mesostructural configurations. The results are assessed through direct tension tests that are validated by comparing experimental results of two different, pre-arranged mesostructures, with the intent of isolating the effect of local variations in strength. Agreement is shown both in mechanical property values as well as the qualitative nature of crack initiation and propagation.
In this study, static and fatigue tests on the self-piercing riveted (SPR) joint were conducted using cross-shaped specimens with aluminum alloy (Al-5052) sheets. Mixed mode loading was achieved by changing the loading angles of 0, 45, and 90 degrees using a special fixture to evaluate the static and fatigue strengths of the SPR joints under mixed mode loading conditions. Simulations of the specimens at three loading angles were carried out using the finite element code ABAQUS. The fatigue specimens failed in an interfacial mode where a crack initiated at the upper sheet and propagated along the longitudinal direction and finally fractured Maximum principal stress, von-Mises effective stress failed to correlate the fatigue lifetimes at three loading angles. However, the equivalent stress intensity factor was found to be appropriate to correlate the fatigue lifetimes at three loading angles.
This paper describes a method of direct wafer bonding using surfaces activated by a radio-frequency hydrogen plasma. The hydrogen plasma cleaning of silicon in the RIE mode was investigated as a pretreatment for silicon direct bonding. The cleaned silicon surface was successfully terminated by hydrogen, The hydrogen-terminated surfaces were rendered hydrophilic, which could be wetted by Dl water rinse. Two wafers of silicon and silicon dioxide were contacted to each other at room temperature and postannealed at $300{\sim}1100^{\circ}C$ in an $N_2$ atmosphere for 2 h. From the AFM results, it was revealed that the surface became rougher with the increased plasma exposure time and power. The effect of the plasma treatment on the surface chemistry was investigated by the AES analysis. It was shown that the carbon contamination at the surface could be reduced below 5 at %. The interfacial energy measured by the crack propagation method was 122 $mJ/m^2$ and 384 $mJ/m^2$ for RCA cleaning and hydrogen plasm, respectively.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.49
no.3
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pp.252-259
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2016
In order to form an aluminum-doped zinc oxide (AZO) transparent electrode film on a polyethylene terephthalate (PET) substrate used for a flexible display substrate, the AZO transparent electrode was produced at low temperature without substrate heating. Even though the produced electrode showed characteristic optical transmittance of 90 % (at 550 nm) and sheet resistance within $100{\Omega}/sq$, cracks occurred 10 minutes after loading applied 2 mm radius of curvature, and the sheet resistance increased linearly. An insertion layer of ZrCu was formed between the AZO film and the PET substrate to suppress the generation of cracks on the AZO film. It was verified that the crack was not generated 30 minutes after the loading of 2 mm radius of curvature, and no increase in sheet resistance was recorded. There was also not cracks in the dynamic bending test of 4 mm radius, but surface resistance was slightly increased. As a result, the ZrCu insertion film improved the interfacial adhesion between the substrate and AZO film layer without increasing sheet resistance and decreasing transmittance.
The effective flange width was usually introduced into elementary beam theory to consider the shear lag effect in steel-concrete composite beams. Previous studies have primarily focused on the effective width under positive moments and elastic loading, whereas it is still not clear for negative moment cases in the normal service stages. To account for this problem, this paper proposed simplified formulas for the effective flange width and reinforcement stress of composite beams under negative moments in service stages. First, a 10-degree-of-freedom (DOF) fiber beam element considering the shear lag effect and interfacial slip effect was proposed, and a computational procedure was developed in the OpenSees software. The accuracy and applicability of the proposed model were verified through comparisons with experimental results. Second, a method was proposed for determining the effective width of composite beams under negative moments based on reinforcement stress. Employing the proposed model, the simplified formulas were proposed via numerical fitting for cases under uniform loading and centralized loading at the mid-span. Finally, based on the proposed formulas, a simplified calculation method for the reinforcement stress in service stages was established. Comparisons were made between the proposed formulas and design code. The results showed that the design code method greatly underestimated the contribution of concrete under negative moments, leading to notable overestimations in the reinforcement stress and crack width.
The mechanical behaviors and chloride resistance performance of fiber reinforced cementitious composites (FRCC) with hybrid polyethylene (PE) and steel fiber (in total 2% by volume) were investigated. Based on micro-mechanics and fracture mechanics, the reason why the tensile strain capacity of FRCC changed obviously was obtained. Besides, the effects of the total surface area of fiber in FRCC on compressive strength and chloride content were clarified. It is found that the improvement of the tensile strain capacity of FRCC with hybrid fiber is attributed to the growth of strain-hardening performance index (the ratio of complementary energy to crack tip toughness). As the total surface area of fiber related with the interfacial transition zone (ITZ) between fiber and matrix increases, compressive strength decreases obviously. Since the total surface area of fiber is small, the chloride resistance performance of FRCC with hybrid PE and steel fiber is better than that of FRCC containing only PE fiber.
Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Park, Joung-Man;Kwon, Dong-Jun;Shin, Pyeong-Su;Kim, Jong-Hyun;Baek, Yeong-Min;Park, Ha-Seung
Composites Research
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v.30
no.2
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pp.138-144
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2017
Damage sensing of polymer composite films consisting of poly(dicyclopentadiene) p-DCPD and carbon nanotube (CNT) was studied experimentally. Only up to 1st ring-opening polymerization occurred with the addition of CNT, which made the modified film electrically conductive, while interfering with polymerization. The interfacial adhesion of composite films with varying CNT concentration was evaluated by measuring the wettability using the static contact angle method. 0.5 wt% CNT/p-DCPD was determined to be the optimal condition via electrical dispersion method and tensile test. Dynamic fatigue test was conducted to evaluate the durability of the films by measuring the change in electrical resistance. For the initial three cycles, the change in electrical resistance pattern was similar to the tensile stress-strain curve. The CNT/p-DCPD film was attached to an epoxy matrix to demonstrate its utilization as a sensor for fracture behavior. At the onset of epoxy fracture, electrical resistance showed a drastic increase, which indicated adhesive fracture between sensor and matrix. It leads to prediction of crack and fracture of matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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