Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.9
no.2
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pp.47-52
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2010
Miniaturization and lightweight are increasingly the recent trend in the manufacture of electric appliances and machine parts. So technology of micro joining for joining materials is indispensable. This paper gives a description of an experimental study of the ultrasonic welding of metals. In ultrasonic metal welding, high frequency vibrations are combined with pressure to join two materials together quickly and securely, without producing significant amount of heat. Ultrasonic metal welder consists of Transducer, Booster, and Horn that are designed very accurately to get the natural frequencies and vibration mode. In this study, The horn was designed and analyzed the natural frequency by the modal analysis and harmonic analysis. And using a fiber optic sensor, we measured the amplitude and analyzed the Fast Fourier Transformed result. Using the horn, Ultrasonic metal welding between Ni sheet and Ni sheet of 0.1mm thickness was accomplished under the optimal conditions of static pressure 0.15MPa, vibration amplitude 45% and welding time of 0.28s. This result can be used for ultrasonic metal welding in manufacturing industry.
Steel plate or FRP materials have been typically used for the seismic retrofit of civil infrastructures. In order to overcome the limitation of each retrofitting material, a composite material, which takes advantages from both metal and fiber polymer materials, has been developed. In the study herein, the composite retrofitting material consists of metal part(steel or aluminum) and FRP sheet part(glass or carbon fiber). The metal part can enhance the ductility and the FRP part the ultimate strength. As a preliminary study to investigate the fundamental mechanical characteristics of the metal-FRP laminated composite material this study performed the flexural fracture test with various experimental variables including the number, the angle and the combination of FRP laminates. From the aluminum-FRP composite tests no great increase in flexural strength and flexural toughness were observed. However, flexural toughness of steel-FRP laminate composite was increased so that its behavior can be considered in the retrofit design. In addition, the angle and the kind of fibers should be carefully considered in conjunction with the expected loading conditions.
In this study, API-X100 steel pipes were welded with various kinds of welding wires in the laser-arc hybrid welding process. 10kW fiber laser source was combined to MIG arc welding process. API X-100 steel of base metal was of 16.9mm thickness, and butt welding applied. After welding, full penetration weld was acquired by 1-pass welding. A root porosity and the lack of fusion was observed in some welding conditions. By the mixing the melted wire, acicular ferrite, polygonal ferrite, pro-eutectoid, aligned side plate, and bainite structures were observed at the weld metal. From the observation of hybrid weld, unmixed zone had more Ni and Cr. The unmixed zone was a 1/3 area of the weld metal. As the mechanical test of the hybrid welding, tensile test and impact test applied. From the tensile test, all of the welding except SM70S was fractured at the base metal. The result of the impact test at -30 degree C led 60J~320J of the absorbed energy. The result of the low-absorbed energy might be from the coarse equiaxed structures of the weld metal.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1619-1629
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1995
The Al/Al$_{2}$O$_{3}$ SiC and Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C hybrid metal matrix composites (MMCs) were fabricated by squeeze infiltration method. Uniform distribution of reinforcements were found in the microstructure of metal matrix composites. Mechanical tests were carried out under various test conditions to clearly identify mechanical behavior of MMCs, and the wear mechanism of Al/Al$_{2}$O$_{3}$/(SiC or C) hybrid metal matrix composites were investigated. The tensile strength and hardness of hybrid composites was resulted in increasing compared with those of the unreinforced matrix alloy. Wear resistance was strongly dependent upon kinds of fiber, volume fraction and sliding speed. The wear resistance of metal matrix composites was remarkably improved by the addition of reinforcements. Especially, the wear resistance of the hybrid composites of carbon fibers was more effective than in the composites reinforced with alumina and SiC whiskers of reinforcements. This was due to the effect of carbon fiber on the solid lubrication. Wear mechanisms of hybrid composites were suggested from wear surface analyses. The major wear mechanism of hybrid composites was the abrasive wear at low to intermediate sliding speed, and the melting wear at intermediate to high sliding speed.
This is the study for the removal of a toxic heavy metal ions and the recycling of expanded polystyrene wastes. Thus expanded polystyrene wastes collected from the packing materials of TV or chemicals and dissolved by $80wt.\%$ solvent(N, N-Dimethylacrylamide), electrospun in DC 20kV by power supply. Generally, the electrospinning is a process of manufacture to the fibers of nanosize from polymer solution. Manufactured nanofiber mats by electrospinning were sulfonated by cone.-sulphuric acid with $Ag_2S_O_4$ catalysts for the exchange capacity of heavy metal ions and the properties of structure with sulfonated time investigated by FESEM(Feild Emission Scaning Electron Microscope). The ion exchange capacity of light metal$(Na^+)$, Cd(II) and Ni(II), and by a nanofiber mats were 1.94[mmo1/g-dry-mat), 1.72(mmol/g-dry-mat), 1.24(mmol/g-dry-mat), respectively., and water uptake content showed a similar trend with IEC. and The selectivity coefficients $K^M_H$ of Cd(II), Ni((II) ions showed 0.324, 0.228. respectively.
Steel plate or FRP materials have been typically used for the seismic retrofit of civil infrastructures. In order to overcome the limitation of each retrofitting material, a composite material, which takes advantages from both metal and fiber polymer materials, has been developed. In the study herein, the composite retrofitting material consists of metal part(steel or aluminum) and FRP sheet part(glass or carbon fiber). The metal part can enhance the ductility and the FRP part the ultimate strength. As a preliminary study to investigate the fundamental mechanical characteristics of the metal-FRP laminated composite material this study performed the tensile test with various experimental variables including the number, the angle and the combination of FRP laminates. From the test results, both aluminum and steel-FRP laminate composite material showed increased fracture toughness. However, the angle and the kind of fibers should be carefully considered in conjunction with the expected loading conditions. In general, steel-FRP laminate composite showed better tensile performance in regards to the seismic retrofit purposes.
Modeling of damage initiation in singly oriented ply (SOP) Fiber Metal Laminate (FML) under concentrated loading conditions was studied. The finite element method (FEM) base on the first order shear deformation theory is used for th\ulcorner modeling of damage initiation in SOP FML. The failure indices (FI) of the fiber prepreg and the metal laminate were calculated by using the Tasi-Hill failure criterion and the Miser yield criterion, respectively. To verify the present method, the failure analysis was conducted under uniaxial loading and cylindrical bending, then the analysis under concentrated load was conducted. The results show that the analysis is reasonable. An indentation test was conducted to compare a damage initiation load with a calculated FI. The test was conducted under two side clamped conditions to study the fiber orientation effect. Indentation curve was fitted using the Hertz equation and a damage initiation load is defined that the point which deviate the fitted curve from the real indentation curve. The damage initiation loads were obtained under various fiber orientations and compared with calculated FIs. The experiment was well matched with calculated FI. This results shows that the present method is suitable for the damage initiation modeling of SOP FML.
In this paper, yield stress, tangent modulus and failure strain were varied to ascertain the influence of impact response such as impact force histories and residual energy. And the buckling behavior of FML(Fiber Metal Laminates) were analyzed using numerical method. A number of analyses on FML and aluminum panel were conducted for shear and compression loading to compare the capability of stability. And to evaluate the static performance, static analysis has performed for box beam structure. Low-velocity impact analysis has performed on FML made of aluminum 2024 sheet and glass/epoxy prepreg layers. And the buckling and static performance of FML have been compared to aluminum using the analysis results. For the comparison of structural performance, similar analyses have been carried out on monolithic aluminum 2024 sheets of equivalent weight.
Vacuum hot pressing has been used for the development of titanium metal matrix composites using foil-fiber-foil technique. Subsequent micro-mechanical characteristics of the composites are then investigated by means of several experimental methods. The levels of consolidation, together with mechanism based failure processes of the materials have been analyzed by employing a thermo-acoustic emission technique. As shown by the results, fiber strength degradation occurs during the consolidation, and particularly residual stresses results from the thermal expansion mismatch between fiber and matrix materials during cooling process are incorporated in the changes of mechanical properties of the finished products. In industrial applications, both qualitative and quantitative evaluations of the material-mechanical characteristics are particularly important, and therefore must be included in process development. The present paper represents a methodology by which this can be achieved.
The effective thermal conductivities of $Mm(La_{0.6-0.8})Ni_{4.0}Co_{0.6}Mn_{0.2}Al_{0.2}$ [TL-492] with hydrogen and helium have been examined. Experiment results show that pressure has great influence on effective thermal conductivity in low pressure range [below 0.5 MPa]. And that influence decreases rapidly with increase of gas pressure. The reason is at low pressure, the mean free path of gas becomes greater than effective thickness of gas film which is important to the heat transfer mechanism in this research. And, carbon fibers have been used to try to enhance the poor thermal conductivity of TL-492. Three types of carbon fibers and three mass fractions have been examined and compared. Naturally, the highest effective thermal conductivity has been reached with carbon fiber which has highest thermal conductivity, and highest mass fraction. This method has acquired 4.33 times higher thermal conductivity than pure metal hydrides with quite low quantity of additives, only 0.99 wt% of carbon fiber. This is a good result comparing to other method which can reach higher effective thermal conductivity but needs much higher mass fraction of additives too.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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