Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.10a
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pp.25-26
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2007
At the time when nanostructured materials (NSMs) are becoming a major focus of materials research, the attention of researchers is turning more to their mechanical performance. In contrast with conventional coarse grained materials, which are either strong or ductile, but rarely both at the same time, it is expected that with NSMs both high strength and ductility can be achieved and confirmed by several experimental studies. In spite of the significant interest and efforts in the mechanical properties of NSMs, deformation mechanisms during plastic deformation as well as elastic deformation are not well established yet. In this talk, the deformation mechanisms of NSMs under various grain sizes, temperatures and strain rates were investigated. It is based on recent modelling that appears to provide a conclusive description of the phenomenology and the mechanisms underlying the mechanical properties of NSMs. Based on the theoretical model that provides an adequate description of the grain size dependence of elasticity and plasticity covering all grain size range from coarse down to the nanoscale, the tensile deformation response of NSMs, especially focusing on the deformation mechanisms was investigated.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.03b
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pp.180-183
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1999
It is well known that Fe3Al intermetallic compound shows an anomalous peak of the yield strength at about 50$0^{\circ}C$ and then decrease at higher temperatures The dislocation structure was examined by transmission electron microscopy and high temperatures. The dislocation structure was examined by transmission electron microscopy and high temperature mechanical properties were examined by tensile and load relaxation tests. The flow stress curves obtained from load relaxation tests were then analyzed in terms of internal variable deformation theory. it was found that the flow curves consisted of three micro-deformation mechanisms -i. e inelastic deformation mode plastic deformation mode and dislocation creep deformation mode depending on both dislocation structure and deformation temperature. The flow curves could be well described by the constitutive equations of these three micro-deformation mechanisms based on the internal variable deformation theory.
Amyloid fibrils have recently been considered as an interesting material, since they exhibit the excellent mechanical properties such as elastic modulus in the order of 10 GPa, which is larger than that of other protein materials. Despite recent findings of these excellent mechanical properties for amyloid fibrils, it has not been fully understood how these excellent mechanical properties are achieved. In this work, we have studied the nanomechanical deformation behaviors and properties of amyloid fibrils such as their elastic modulus as well as fracture strength, by using atomistic simulations, particularly steered molecular dynamics simulations. Our simulation results suggest the important role of the length of amyloid fibrils in their mechanical properties such that the fracture force of amyloid fibril is increased when the fibril length decreases. This length scale effect is attributed to the rupture mechanisms of hydrogen bonds that sustain the fibril structure. Moreover, we have investigated the effect of boundary condition on the nanomechanical deformation mechanisms of amyloid fibrils. It is found that the fracture force is critically affected by boundary condition. Our study highlights the crucial role of both fibril length and boundary condition in the nanomechanical properties of amyloid fibrils.
The microstructure and mechanical properties of Cr-Ni steel and Cr-Ni steel-matrix nanocomposites reinforced with nano-ZrO2 particles were investigated in this study. Cr-Ni steel and Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites were produced using a combination of high-energy ball milling, pressing, and sintering processes. The microstructures of the specimens were analyzed using EDX and XRD. Compression and hardness tests were performed to determine the mechanical properties of the specimens. Nano-ZrO2 particles were effective in preventing chrome carbide precipitate at the grain boundaries. While t-ZrO2 was detected in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, m-ZrO2 could not be found. Few α'-martensite and deformation bands were formed in the microstructures of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites. Although nano-ZrO2 particles had a negligible impact on the strength improvement provided by deformation-induced plasticity mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, the mechanical properties of Cr-Ni steel were significantly improved by using nano-ZrO2 particles. The hardness and compressive strength of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite were higher than those of Cr-Ni steel and enhanced as the weight fraction of nano-ZrO2 particles increased. Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite with 5wt.% nano-ZrO2 particles had almost twofold the hardness and compressive strength of Cr-Ni steel. The nano-ZrO2 particles were considerably more effective on particle-strengthening mechanisms than deformation-induced strengthening mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites.
In this study, a deformation mechanism map of metallic nanocrystalline materials(NCMs) using the phase mixture model is proposed. It is based on recent modeling that appears to provide a conclusive description of the phenomenology and the mechanisms underlying the mechanical properties of NCMs. The proposed models adopted the concept of a 'phase mixture' in which the grain interior and the grain boundaries are treated as separate phases. The volume fraction of this grain boundary 'phase' may be quite appreciable in a NCM. Based on the theoretical model that provides an adequate description of the grain size dependence of plasticity covering all grain size range from coarse down to the nanoscale, the tensile deformation response of NCMs, especially focusing on the deformation mechanisms was investigated. The deformation mechanism map is newly proposed with axes of strain rate, grain size and temperature.
Carbon nanotubes are due to their outstanding mechanical properties destined for a wide range of possible applications. Since the knowledge of the material behavior is vital regarding the possible applications, experimental and theoretical studies have been conducted to investigate the properties of this promising material. The aim of the present research is the calculation of mechanical properties and of the mechanical behavior of single wall carbon nanotubes (SWCNTs). The numerical simulation was performed on basis of a molecular mechanics approach. Within this approach two different issues were taken into account: (i) the nanotube geometry and (ii) the modeling of the covalent bond. The nanotube geometry is captured by two different approaches, the roll-up and the exact polyhedral model. The covalent bond is modeled by a structural molecular mechanics approach according to Li and Chou. After a short introduction in the applied modeling techniques, the results for the Young's modulus for several SWCNTs are presented and are discussed extensively. The obtained numerical results are compared to results available in literature and show an excellent agreement. Furthermore, deviations in the geometry stemming from the different models are given and the resulting differences in the numerical findings are shown. Within the investigation of the deformation mechanisms occurring in SWCNTs, the basic contributions of each individual covalent bond are considered. The presented results of this decomposition provide a deeper understanding of the governing deformation mechanisms in SWCNTs.
Disassembly is a fundamental process needed for component reuse and material recycling in all assembled products. Integral attachments, also known as 'snap' fits, are favored fastening means in design for assembly (DFA) methodologies, but not necessarily a favored choice for design for disassembly. In this paper, design methods of a new class of integral attachments are proposed, where the snapped joints can be disengaged by the application of localized heat sources. The design problem of reversible integral attachments is posed as the design of compliant mechanisms actuated with localized thermal expansion of materials. Topology optimization technique is utilized to obtain conceptual layout of snap-fit mechanisms that realizes a desired deformation of snapped features for joint release. Two design approaches are attempted and design results of each approach are presented, where the geometrical configuration extracted from optimal topologies are simplified to enhance the manufacturability for the conventional injection molding technologies. To maximize the magnitude of deformation, a design scheme has been proposed to include boundary conditions as design variables. Final designs are verified using commercial software for finite element analysis.
Manigandan, K.;Srivatsan, T.S.;Freborg, A.M.;Quick, T.;Sastry, S.
Advances in materials Research
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v.3
no.1
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pp.283-295
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2014
In this paper, the microstructure, hardness, tensile deformation and fracture behavior of high strength alloy steel X2M is presented anddiscussed. The influence of both composition and processing on microstructure of the as-provided material and resultant influence of microstructure, as a function of orientation, on hardness, tensile properties and final fracture behavior is highlighted. The macroscopic mode and intrinsic microscopic features that result from fracture of the steel specimens machined from the two orientations, longitudinal and transverse is discussed. The intrinsic microscopic mechanisms governing quasi-static deformation and final fracture behavior of this high strength steel are outlined in light of the effects oftest specimen orientation, intrinsic microstructural effects and nature of loading.
Sharma, Sandan Kumar;Kumar, B. Venkata Manoj;Kim, Young-Wook
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.53
no.6
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pp.581-596
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2016
A comprehensive review on sliding and solid particle erosion wear characteristics of silicon carbide (SiC) ceramics and SiC composites is provided. Sliding or erosion wear behavior of ceramics is dependent on various material characteristics as well as test parameters. Effects of microstructural and mechanical properties of SiC ceramics are particularly focused to understand tribological performance of SiC ceramics. Results obtained between varieties of pairs of SiC ceramics indicate complexity in understanding dominant mechanisms of material removal. Wear mechanisms during sliding are mainly divided in two groups as mechanical and tribochemical. In solid particle erosion conditions, wear mechanisms of SiC ceramics are explained by elastic-plastic deformation controlled micro-fracture on the surface followed by radial-lateral crack propagation beneath the plastic zone.
Previous studies of a stepped cantilever with two straight segments under a suddenly applied constant force (a step load) applied at its tip have shown that the validity of deformation mechanisms is governed by certain geometrical restrictions. Single and double-hinge mechanisms have been proposed and it is shown in this paper that for a stepped cantilever with a stronger tip segment, i.e. $M_{0.1}$ > $M_{0.2}$, where $M_{0.1}$ and $M_{0.2}$ are the dynamic fully plastic bending moments of the tip and root segments, respectively, the family of possible yield mechanisms is expanded by introducing new double and triple-hinge mechanisms. With the aid of these mechanisms, it is shown that all initial deformations can be derived for a stepped cantilever regardless of its geometry and the magnitude of the dynamic force applied.
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