Single phase niobium nitride (NbN) coatings were deposited using asymmetric bipolar pulsed dc sputtering by varying pulse frequency and duty cycle of pulsed plasmas. Crystal structure, microstructure, morphology and mechanical properties were examined using XRD, FE-SEM, AFM and nanoindentation. Upon increasing pulse frequencies and decreasing duty cycles, the coating morphology was changed from a pyramidal-shaped columnar structure to a round-shaped dense structure with finer grains. Asymmetric bipolar pulsed dc sputtered NbN coatings deposited at pulse frequency of 25 kHz is characterized by higher hardness up to 17.4 GPa, elastic modulus up to 193.9 GPa, residual compressive stress and a smaller grain size down to 27.5 nm compared with dc sputtered NbN coatings at pulse frequency of 0 kHz. The results suggest that the asymmetric bipolar pulsed dc sputtering technique is very beneficial to reactive deposition of transition-metal nitrides such as NbN coatings.
Nanocrystalline vanadium nitride (VN) coatings were deposited using asymmetric bipolar pulsed dc sputtering to further understand the influence of the pulsed plasmas on the crystal structure, microstructure and mechanical properties. Properties of VN coatings were investigated with FE-SEM, XRD and nanoindentation. The results show that, with the increasing pulse frequency and decreasing duty cycle, the coating morphology changed from a porous columnar to a dense structure, with finer grains. Asymmetric bipolar pulsed dc sputtered VN coatings showed higher hardness, elastic modulus and residual compressive stress than dc sputtered VN coatings. The results suggest that asymmetric bipolar pulsed dc sputtering technique is very beneficial for the reactive sputtering deposition of VN coatings.
In this study, the effects of high temperatures on the compressive strength and elastic modulus of HPC with pp and jute fiber (jute fiber addition ratio: 0.075 vol%; length: 12 mm; PP fiber addition ratio: 0.075 vol%; length: 12 mm) were experimentally investigated. The work was intended to clarify the influence of elevated temperatures ranging from 20 to 500℃ on the material mechanical properties of HPC at 80 MPa.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권1호
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pp.17-28
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2017
Although concrete is a noncombustible material, high temperatures such as those experienced during a fire have a negative effect on the mechanical properties. This paper studies the effect of elevated temperatures on the mechanical properties of limestone, quartzite and granite concrete. Samples from three different concrete mixes with limestone, quartzite and granite coarse aggregates were prepared. The test samples were subjected to temperatures ranging from 25 to $650^{\circ}C$ for a duration of 2 h. Mechanical properties of concrete including the compressive and tensile strength, modulus of elasticity, and ultimate strain in compression were obtained. Effects of temperature on resistance to degradation, thermal expansion and phase compositions of the aggregates were investigated. The results indicated that the mechanical properties of concrete are largely affected from elevated temperatures and the type of coarse aggregate used. The compressive and split tensile strength, and modulus of elasticity decreased with increasing temperature, while the ultimate strain in compression increased. Concrete made of granite coarse aggregate showed higher mechanical properties at all temperatures, followed by quartzite and limestone concretes. In addition to decomposition of cement paste, the imparity in thermal expansion behavior between cement paste and aggregates, and degradation and phase decomposition (and/or transition) of aggregates under high temperature were considered as main factors impacting the mechanical properties of concrete. The novelty of this research stems from the fact that three different aggregate types are comparatively evaluated, mechanisms are systemically analyzed, and empirical relationships are established to predict the residual compressive and tensile strength, elastic modulus, and ultimate compressive strain for concretes subjected to high temperatures.
1970년대부터 고온을 받은 콘크리트의 압축강도, 탄성계수, 열응력 등 콘크리트에 영향을 미칠 수 있는 내적, 외적 인자들의 역학적 특성은 조사되어 왔다. 특히, 골재의 열적 특성이나 냉각 방법은 잔존 역학적 특성을 평가하는데 가장 중요하다. 본 연구에서는, 골재 종류와 냉각 방식에 따른 콘크리트의 역학적 특성에 대해 평가했다. 본 연구에서는 열적특성이 다른 일반 골재와 경량골재를 사용했다. 또한, ${\O}100{\times}200mm$ 원주형 공시체를 사용하여 목표 온도, 서냉 및 급냉조건 후에 역학적 특성을 평가하였다. 결과적으로, 보통 골재를 사용한 콘크리트는 경량골재를 사용한 콘크리트보다 냉각조건이 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 그리고 냉각 속도가 빠르지 않을수록 콘크리트의 잔존 역학적 특성이 크게 나타났다.
국내에서 말뚝 정재하 실험이 수많이 수행되고 있지만, 그 결과의 활용도가 낮아서 재하실험 방법과 분석방법 등에 대하여 재고할 필요성이 제기되고 있다. 본 연구에서는 두터운 연약지반 하부의 모래층에 PHC 말뚝 선단을 지지시킨 후 하중전이 정재하 실험을 수행하였다. 말뚝의 설치 이후에 장기간에 걸쳐 주면 마찰력을 측정하였으며, 국내에서 보편적으로 적용되고 있는 재하법과는 다른 급속재하법에 의하여 정재하실험을 실시하였다 그 실험결과를 이용하여 말뚝의 탄성계수, 잔류응력 및 참 지지력을 산정하였다. 결과적으로, 재하실험 전에 말뚝에 존재하는 잔류하중이 주면 마찰력과 선단지지력에 크게 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한, 점성토 지반에서의 장대말뚝에 대해서는 지반의 강도회복(setup) 효과가 매우 크다는 사실을 알 수 있었다.
The use of thin plate increases due to the need for light weight in large ship. Thin plate is easily distorted and has residual stress by welding heat. Therefore, the thin plate should be carefully joined to minimize the welding deformation which costs time and money for repair. For one effort to reduce welding deformation, it is very useful to predict welding deformation before welding execution. There are two methods to analyze welding deformation. One is simple linear analysis. The other is nonlinear analysis. The simple linear analysis is elastic analysis using the equivalent load method or inherent strain method from welding experiments. The nonlinear analysis is thermo-elastic analysis which gives consideration to the nonlinearity of material dependent on temperature and time, welding current, voltage, speed, sequence and constraint. In this study, the welding deformation is analyzed by using thermo-elastic method for PCTC(Pure Car and Truck Carrier) which carries cars and trucks. PCTC uses thin plates of 6mm thickness which is susceptible to welding heat. The analysis dimension is 19,200mm(length) * 13,825mm(width) * 376mm(height). MARC and MENTAT are used as pre and post processor and solver. The boundary conditions are based on the real situation in shipyard. The simulations contain convection and gravity. The material of the thin block is mild steel with $235N/mm^2$ yield strength. Its nonlinearity of conductivity, specific heat, Young's modulus and yield strength is applied in simulations. Welding is done in two pass. First pass lasts 2,100 second, then it rests for 900 second, then second pass lasts 2,100 second and then it rests for 20,000 second. The displacement at 0 sec is caused by its own weight. It is maximum 19mm at the free side. The welding line expands, shrinks during welding and finally experiences shrinkage. It results in angular distortion of thin block. Final maximum displacement, 17mm occurs around welding line. The maximum residual stress happens at the welding line, where the stress is above the yield strength. Also, the maximum equivalent plastic strain occurs at the welding line. The plastic strain of first pass is more than that of second pass. The flatness of plate in longitudinal direction is calculated in parallel with the direction of girder and compared with deformation standard of ${\pm}15mm$. Calculated value is within the standard range. The flatness of plate in transverse direction is calculated in perpendicular to the direction of girder and compared with deformation standard of ${\pm}6mm$. It satisfies the standard. Buckle of plate is calculated between each longitudinal and compared with the deformation standard. All buckle value is within the standard range of ${\pm}6mm$.
Using the mechanical treatments for mechanical properties improvement was rarely in the development scope before. This research approves through analytical ways that surface impacts can improve the quality of the surface significantly. This fact is approved for deposited titanium on silicone substrate. The new algorithm called minimum resultant error method (MREM) which is a direct combination of nanoindentation, FEM and dimensional analysis through a reverse method is utilized to extract the mechanical characteristics of the coating surface before and after impact. This method is extended to the time dependent behavior of the material to obtain strain rate coefficient. To implement this new approach, a new analysis technic is developed to define the residual stress field caused by surface impact as initial condition for nanoindentation. Analyzing the model in micro and macro scale at the same time was one of the main resolved challenges in this study. The result was obtaining of the constants of Johnson-Cook constitutive equation. Comparing the characteristics of the coating surface before and after impact shows high improvement in yield stress (34%), Elastic modulus (7.75%) and strain hardening coefficient (2.8%). The main achievement is that the strength improvement in titanium thin layer is much higher than bulk titanium. The yield strength shows 41.7% improvement for coated titanium comparing with 24% for bulk material. The rate of enhancement is about 6 times when it comes to the Young's modulus.
Electric Arc Furnace Dust (EAF Dust) Is residual dust produced during the manufacturing of metal products from heavily heated electric arc furnace. Many researches have focused on recycling and reusing EAF Dust for industrial and construction purposes. However, most of these researches were aimed at obtaining useful heavy metal powders by treating toxic metallic materials in EAF Dust. Also, few researches dealt with using EAF Dust as admixture in concrete mixture (i.e., slag dust). In this study, EAF Dust is used as admixture in concrete mixture content considering economical feasibility and construction applicability. The concrete specimens mixed with EAF Dust is then tested in compression and tension to study its strength and ductility as well as its failure mechanism. The compression and tension (by split cylinder test) test results are compared to the results from the specimens without EAF Dust to understand the chemical stability and mechanical characteristic of concrete specimens with EAF Dust. For the experiment, 6 types of admixture added concrete were studied: ⑴Combination of EAF Dust and blast-furnace slag in 1 to 1 ratio, ⑵Combination of EAF Dust and blast-furnace slag in 1 to 2 ratio, ⑶EAF Dust only, ⑷blast-furnace slag only, ⑸fly ash only, and ⑹no admixture. The experimental results show that the strength of EAF Dust added specimen has lower early age strength but higher 28 day strength when compared to other specimens. Also, the Elastic Modulus of EAF Dust is higher(28 days) than other specimens. The study results prove that EAF Dust can be used as an effective admixture in concrete for specific usages.
The objective of this analytical study is to calculate the elasto-plastic stresses of Functionally Graded (FG) hyperbolic disc subjected to uniform temperature. The material properties (elastic modulus, thermal expansion coefficient and yield strength) and the geometry (thickness) of the disc are assumed to vary radially with a power law function, but Poisson's ratio does not vary. FG disc material is assumed to be non-work hardening. Radial and tangential stresses are obtained for various thickness profile, temperature and material properties. The results indicate that thickness profile and volume fractions of constituent materials play very important role on the thermal stresses of the FG hyperbolic discs. It is seen that thermal stresses in a disc with variable thickness are lower than those with constant thickness at the same temperature. As a result of this, variations in the thickness profile increase the operation temperature. Moreover, thickness variation in the discs provides a significant weight reduction. A disc with lower rigidity at the inner surface according to the outer surface should be selected to obtain almost homogenous stress distribution and to increase resistance to temperature. So, discs, which have more rigid region at the outer surface, are more useful in terms of resistance to temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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