The electrospinning process was established as a promising method to fabricate nano and micro-textured scaffolds for tissue engineering applications. A BCP-loaded PCL micro-textured scaffold thus can be a viable option. The biocompatibility as well as the mechanical properties of such scaffold materials should be optimized for this purpose. In this study, a composite scaffold of poly ($\varepsilon$-caprolactone) (PCL)-biphase calcium phosphate (BCP) was successfully fabricated by electrospinning. EDS and XRD data show successful loading of BCP nano particles in the PCL fibers. Morphological characterization of fibers shows that with a higher loaded BCP content the fiber surface was rougher and the diameter was approximately 1 to 7 ${\mu}m$. Tensile modulus and ultimate tensile stress reached their highest values in the PCL- 10 wt% BCP composite. When content of nano ceramic particles was low, they were dispersed in the fibers as reinforcements for the polymer matrix. However, at a high content of ceramic particles, the particles tend to agglomerate and lead to decreasing tensile modulus and ultimate stress of the PCL-BCP composite mats. Therefore, the use of nano BCP content for distribution in fiber polymer using BCP for reinforcement is limited. Tensile strain decreased with increasing content of BCP loading. From in vitro study using MG-63 osteoblast cells and L-929 fibroblast like cells, it was confirmed that electrospun PCL-BCP composite mats were biocompatible and that spreading behavior was good. As BCP content increased, the area of cell spreading on the surface of the mats also increased. Cells showed the best adherence on the surface of composite mats at 50 wt% BCP for both L-929 fibroblast-like cells and MG-63 osteoblast cell. PCL- BCP composites are a promising material for application in bone scaffolds.
A liquid metal reactor (LMR) operated at high temperatures is subjected to both cyclic mechanical loading and thermal loading; thus, creep-fatigue is a major concern to be addressed with regard to maintaining structural integrity. The Korea Advanced Liquid Metal Reactor (KALIMER), which has a normal operating temperature of $545^{\circ}C$ and a total service life time of 60 years, is composed of various cylindrical structures, such as the reactor vessel and the reactor baffle. This study focuses on the creepfatigue crack initiation for a cylindrical Y-junction structure made of 316 stainless steel (SS), which is subjected to cyclic axial tensile loading and thermal loading at a high-temperature hold time of $545^{\circ}C$. The evaluation of the considered creep-fatigue crack initiation was carried out utilizing the ${\sigma}_d$ approach of the RCC-MR A16 guide, which is the high-temperature defect assessment procedure. This procedure is based on the total accumulated strain during the service time. To confirm the evaluated result, a high-temperature creep-fatigue structural test was performed. The test model had a circumferential through wall defect at the center of the model. The defect front of the test model was investigated after the $100^{th}$ cycle of the testing by utilizing a metallurgical inspection technique with an optical microscope, after which the test result was compared with the evaluation result. This study shows how creep-fatigue crack initiation for a high-temperature structure can be predicted with conservatism per the RCC-MR A16 guide.
The new epoxy resin, diglycidyl ether of bisphenol A(DGEBA)/4, 4'-methylene dianiline (MDA)/succinonitrile system, containing the reactive additive succionitrile was investigated through the impact test and the stress-strain test on the basis of the behavior of cure reaction and the cure mechanism. The new epoxy resin system, having the different succinonitrile contents, were cured at $80^{\circ}C$for 1.5 hour and then in order to cure completely at $150^{\circ}C$ for 1 hour. It was shown that as the succinonitrile content increased, impact strength was gradually increased, tensile strength was decreased, almost constantly Young's modulus was sustained and elongation was increased until the succinonitrile content was increased to 10phr, and then decreased. From the experimental results, it can be concluded that the chemical bonding length between the main chains was extended by adding the reactive additive succinonitrile. It was also found that the flexibility of epoxy resin was improved by adding the succinonitrile.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.1
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pp.55-66
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1999
This paper presents an analytical prediction of the hysteresis behavior of reinforced concrete long column with rectangular section under the cyclic loading state. The mechanical characteristic of cracked concrete and reinforcing bar in concrete has been modeled, considering the bond effect between reinforcing bar and concrete, the effect of aggregate interlocking at crack surface and the stiffness degradation after the crack has taken place. The strength increase of concrete due to the lateral confining reinforcement has been also taken into account to model the confined concrete. The formulation of these models for concrete and reinforcing bar has been based on the smeared crack concept that the stress-strain relationship of reinforced concrete element would be defined using the average values. In addition to the material nonlinear properties, the algorithm for large displacement problem that may give an additional deformation has been formulated using total Lagrangian formulation. The analytically predicted behavior was compared with test result and they showed good agreement in overall behavior.
The Inclined Earth Retaining Structure (IER) is the structure using an integrated system of both front supports and inclined back supports to increase the stability for excavation. The IER is a structurally stable temporary excavation method using the back supports restraining the lateral displacement of the front supports as stabilizing piles. The back supports connected to the front supports significantly reduce the earth pressure acting on both the front wall and the front supports by distributing it to the back supports in order to increase the structural stability. In this study, mechanical behaviors of IER according to the head connection type using fixed- or hinge-connection were found by performing numerical analysis and laboratory model tests in the sandy ground. The maximum lateral displacement of fixed-connection was 88% of that of hinge-connection in the numerical analysis. The lateral displacement of fixed-connection was 7% of that of hinge-connection in the laboratory model test results. Furthermore, the earth pressure of the fixed-connection was 67% of that of the hinge-connection in the shear-strain analysis results of the model ground.
Uniaxial compression tests for ultra-high performance hybrid steel fiber reinforced concrete (UHPC) were performed to evaluate the compressive behavior of UHPC. The UHPC for testing contains hybrid steel fibers with a predetermined ratio using a length of 19 mm and 16 mm straight typed steel fibers. Test parameter was determined as a fiber volume ratio to investigate the effect of fiber volume ratio on the strength and secant modulus of elasticity. Test results showed that the compressive strength and elastic modulus of UHPC increased with increasing the fiber volume ratio. Based on the test results, the compressive strength and modulus of elasticity equations were proposed as function of the compressive strength of unreinforced and fiber reinforced UHPC, respectively. The simplified equations for predicting the mechanical properties of the UHPC were a good agreement with the test data. The proposed equations are expected to be applied to the SFRC and UHPC with steel fibers.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.44
no.2
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pp.59-65
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2018
Objectives: This study aimed to optimize the thread depth and pitch of a recently designed dental implant to provide uniform stress distribution by means of a response surface optimization method available in finite element (FE) software. The sensitivity of simulation to different mechanical parameters was also evaluated. Materials and Methods: A three-dimensional model of a tapered dental implant with micro-threads in the upper area and V-shaped threads in the rest of the body was modeled and analyzed using finite element analysis (FEA). An axial load of 100 N was applied to the top of the implants. The model was optimized for thread depth and pitch to determine the optimal stress distribution. In this analysis, micro-threads had 0.25 to 0.3 mm depth and 0.27 to 0.33 mm pitch, and V-shaped threads had 0.405 to 0.495 mm depth and 0.66 to 0.8 mm pitch. Results: The optimized depth and pitch were 0.307 and 0.286 mm for micro-threads and 0.405 and 0.808 mm for V-shaped threads, respectively. In this design, the most effective parameters on stress distribution were the depth and pitch of the micro-threads based on sensitivity analysis results. Conclusion: Based on the results of this study, the optimal implant design has micro-threads with 0.307 and 0.286 mm depth and pitch, respectively, in the upper area and V-shaped threads with 0.405 and 0.808 mm depth and pitch in the rest of the body. These results indicate that micro-thread parameters have a greater effect on stress and strain values.
This paper describes the bone healing process of fractured long bones such as a tibia applied by composite IM rods using finite element analysis. To simulated tissue differentiation process mechano-regulation theory with a deviatoric strain was implemented and a user's subroutine programmed by a Python code for an iterative calculation was used. To broadly find the appropriate rod modulus for healing bone fractures, composite IM rods were analyzed considering the stacking sequence. To compare mechanical stimulation at fracture gap, two kinds of initial loading conditions were applied. As a result, it was found that the initial loading condition was the most sensitive factor for the healing performance. In case a composite IM rod made of a plain weave carbon fiber/epoxy (WSN3k) had a stacking sequence of $[{\pm}45]_{nT}$, the healing efficiency was the most effective under a initial load of 10%BW.
Kim, Dong-Bum;Lee, Mun-Yong;Park, Byung-Joon;Park, Jong-Kweon;Cho, Hae-Yong
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.36
no.6
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pp.802-807
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2012
Self-piercing rivet is sheet joining method. It is being used more to join aluminum alloy sheets. Self-piercing riveting is a large-deformation process that involves piercing. The self-piercing rivet, under the press from the punch, pierces the top sheet and forms a mechanical interlock with the bottom sheet. In this study, forging process was designed for manufacturing self-piercing rivet. The forging process has been simulated by using commercial FEM code DEFORM-2D. In simulation of forging process for manufacturing rivet, process sequence, formability, forging load, and distributions of stress and strain were investigated. The suitable forging process could be designed by comparisons of simulation results. The developed process consists of four stages: upsetting, first chamfering, back extrusion, and second chamfering. The simulated results for forging process were confirmed by experimental trials with the same conditions.
The purpose of this study is to develop fiber reinforced cement matrix composite (ECC) produced with limestone powder in order to achieve high ductility of the composite, and to evaluate flexural performance of structural members made with ECC. Four kinds of mixture proportions were determined on the basis of the micromechanics and a steady state cracking theory considering the matrix fracture toughness and fiber-matrix interfacial characteristics. The mechanical properties of ECC, represented by strain-hardening behavior in uniaxial tension, were investigated. Also, strength property of the composite was experimentally evaluated. Two structural members made with ECC were produced and tested. Test results were compared with those of conventional concrete structural members. Increased limestone powder contents of ECC provides higher ductility of the composites while generally resulting in a lower strength property. ECC structural members exhibited higher flexural ductility, higher flexural load-carrying capacity and tighter crack width compared to conventional structural members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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