This paper presents an investigation into the magneto-thermo-mechanical vibration and damping of a viscoelastic functionally graded-carbon nanotubes (FG-CNTs)-reinforced curved microbeam based on Timoshenko beam and strain gradient theories. The structure is surrounded by a viscoelastic medium which is simulated with spring, damper and shear elements. The effective temperature-dependent material properties of the CNTs-reinforced composite beam are obtained using the extended rule of mixture. The structure is assumed to be subjected to a longitudinal magnetic field. The governing equations of motion are derived using Hamilton's principle and solved by employing differential quadrature method (DQM). The effect of various parameter like volume percent and distribution type of CNTs, temperature change, magnetic field, boundary conditions, material length scale parameter, central angle, viscoelastic medium and structural damping on the vibration and damping behaviors of the nanocomposite curved microbeam is examined. The results show that with increasing volume percent of CNTs and considering magnetic field, material length scale parameter and viscoelastic medium, the frequency of the system increases and critically damped situation occurs at higher values of damper constant. In addition, the structure with FGX distribution type of CNTs has the highest stiffness. It is also observed that increasing temperature, structural damping and central angle of curved microbeam decreases the frequency of the system.
Hydrogen and hydrogen energy have been recognized as clean energy sources and high energy carrier. Mg and Mg alloys are attractive hydrogen storage materials because of their lightweight and low cost materials with high hydrogen capacity (about 7.6 wt.%). However, the commercial applications of the Mg hydrides are currently hinder by its high absorption/desorption temperature, and very slow reaction kinetics. However, Ti and Ti based hydrogen storage alloys have been thought to be the third generation of alloys with a high hydrogen capacity, which makes it difficult to handle because of high reactivity. One of the most methods to develope kinetics was addition of transition metal. Therefore, Mg-Ti-Cr-Nb alloy was fabricated to add TiCrNb by hydrogen induced mechanical alloying. TiCrNb systems have included transition metals, low operating temperatures and hydrogen storage materials. As-received specimens were characterized using X-ray Diffraction analysis (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Thermo Gravimetric analysis/Differential Scanning Calorimetry (TG/DSC). $Mg-TiCr_{10}Nb$ systems were evaluated for hydrogen kinetics by Sievert's type Pressure-Composition-Isotherm (PCI) equipment. The operating temperature range was 473, 523, 573 and 623 K.
This study analyzes the thermal effects on the performance of an air foil thrust bearing (AFTB) using COMSOL Multiphysics to approximate actual bearing behavior under real conditions. An AFTB is a sliding-thrust bearing that uses air as a lubricant to support the axial load. The AFTB consists of top and bump foils and supports the rotating disk through the hydrodynamic pressure generated by the wedge effect from the inclined surface of the top foil and the elastic deformation of the bump foils, similar to a spring. The use of air as a lubricant has some advantages such as low friction loss and less heat generation, enabling air bearings to be widely used in high-speed rotating systems. However, even in AFTB, the effects of energy loss due to viscosity at high speeds, interface frictional heat, and thermal deformation of the foil caused by temperature increase cannot be ignored. Foil deformation derived from the thermal effect influences the minimum decay in film thickness and enhances the film pressure. For these reasons, performance analyses of isothermal AFTBs have shown few discrepancies with real bearing behavior. To account for this phenomenon, a thermal-fluid-structure analysis is conducted to describe the combined mechanics. Results show that the load capacity under the thermal effect is slightly higher than that obtained from isothermal analysis. In addition, the push and pull effects on the top foil and bump foil-free edges can be simulated. The differences between the isothermal and thermal behaviors are discussed.
Kim, Kwang-Il;Lee, Changsoo;Kim, Jin-Seop;Cho, Dongkeun
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.4
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pp.289-308
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2021
This study conducts coupled thermo-hydro-mechanical numerical modeling to investigate the maximum temperature and conditions for securing mechanical stability of the high-level radioactive waste repository when temperature criteria of bentonite buffer are 100℃ and 125℃, respectively. In case of temperature criterion of buffer as 100℃, the maximum temperatures at the interface between canister and buffer are calculated to be 99.4℃ and 99.8℃, respectively for a case with disposal tunnel spacing of 40 m and deposition hole spacing of 5.5 m and for the other case with disposal tunnel spacing of 30 m and deposition hole spacing of 6.5 m. In case of temperature criterion of buffer as 125℃, spacings of disposal tunnel and deposition hole could be decreased to 30 m and 4.5 m, respectively, which reduces the disposal area up to 55% compared to the disposal area of KRS+. According to analysis of mechanical stability for various disposal spacings, RMR of rock mass for KRS+ should be larger than 72.4 which belongs to good rock in RMR classification to prevent failure of rock mass. As disposal spacing is decreased, required RMR of rock mass is increased. In order to prevent failure of rock mass for a case with disposal tunnel spacing of 30 m and deposition hole spacing of 4.5 m, RMR larger than 87.3 is needed. However, mechanical stability of the repository is secured for all cases with RMR over 75 considering the enhancement of rock strength due to confining stress induced by swelling of the bentonite buffer and backfill.
Park, Rae-Joon;Ha, Kwang-Soon;Kim, Jae-Cheol;Hong, Seong-Wan;Kim, Sang-Baik
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05b
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pp.2626-2631
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2007
Air-water two phase natural circulation flow in the T-HERMES (Thermo-Hydraulic Evaluation of Reactor cooling Mechanism by External Self-induced flow)-1D experiment has been evaluated to verify and evaluate the experimental results by using the RELAP5/MOD3 computer code. The RELAP5 results have shown that an increase in the coolant inlet area leads to an increase in the water circulation mass flow rate. However, the water outlet area does not effective on the water circulation mass flow rate. As the coolant outlet moves to a lower position, the water circulation mass flow rate decreases. The water level is not effective on the water circulation mass flow rate. As the height increases in the air injection part, the void fraction increases. However, the void fraction in the upper part of the air injector maintains a constant value. An increase in the air injection mass flow rate leads to an increase in the local void fraction, but it is not effective on the local pressure.
The thermo-mechanical interaction between brake block and wheel tread during braking has been found to cause thermal crack on the wheel tread. Due to thermal expansion of the rim material, the thermal cracks will protrude from the wheel tread and be more exposed to wear during the wheel/block contact than the rest of the tread surface. The wheel rim is in residual compression stress when is new. After service running, the region in the tread has reversed to tension. This condition can lead to the formation and growth of thermal cracks in the rim which can ultimately lead to premature failure of wheel. In the present paper, the thermal cracks of railway wheel, one of severe damages on the wheel tread, were evaluated to understand the safety of railway wheel in running condition. The residual stresses for damaged wheel which are applied to tread brake are investigated. Mainly X-ray diffusion method is used. Under the condition of concurrent loading of continuous rolling contact with rails and cyclic frictional heat from brake blocks, the reduction of residual stress is found to correlate well with the thermal crack initiation.
Ha, Taehun;Cho, Junhyun;Park, Jaeman;Min, Kyoungdoug;Lee, Eunsook;Jyoung, Jy-Young
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.11a
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pp.76.1-76.1
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2010
Recently, many efforts to solve the durability problem of PEM fuel cell are carried on constantly. However, despite this attention, durability researches of gas diffusion layer (GDL) are not much reported yet. Generally, GDL of PEM fuel cell experiences three external attacks, which are dissolution of water, erosion of gas flow, corrosion of electric potential. In this study, among these degradation factors, carbon corrosion of electric potential was focused and investigated with accelerated carbon corrosion test. Through the test, it is confirmed that carbon corrosion occurred at GDL, and corroded GDL decreased a performance of operating fuel cell. The property changes of GDL were measured with various methods such as air permeability meter, pore distribution analyzer, thermo gravimetric analyzer, and tensile stress test to discover the effects of carbon corrosion. Carbon corrosion caused not only loss of weight and thickness, but also degradation of mechanical strength of GDL. In addition, to analysis the reason of GDL property changes, a surface and a cross section of GDL were observed with scanning electron microscope. After 100 hours test, the GDL showed serious damage in center of layer.
Gawin, D.;Alonso, C.;Andrade, C.;Majorana, C.E.;Pesavento, F.
Computers and Concrete
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v.2
no.3
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pp.189-202
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2005
This paper presents an analysis of some experimental results concerning micro-structural tests, permeability measurements and strain-stress tests of four types of High-Performance Concrete, exposed to elevated temperatures (up to $700^{\circ}C$). These experimental results, obtained within the "HITECO" research programme are discussed and interpreted in the context of a recently developed mathematical model of hygro-thermal behaviour and degradation of concrete at high temperature, which is briefly presented in the Part 2 paper (Gawin, et al. 2005). Correlations between concrete permeability and porosity micro-structure, as well as between damage and cracks' volume, are found. An approximate decomposition of the thermally induced material damage into two parts, a chemical one related to cement dehydration process, and a thermal one due to micro-cracks' development caused by thermal strains at micro- and meso-scale, is performed. Constitutive relationships describing influence of temperature and material damage upon its intrinsic permeability at high temperature for 4 types of HPC are deduced. In the Part II of this paper (Gawin, et al. 2005) effect of two different damage-permeability coupling formulations on the results of computer simulations concerning hygro-thermo-mechanical performance of concrete wall during standard fire, is numerically analysed.
In this study, a forging steel alloyed with both Nb and V was used as experimental material and the hot deformation behavior has been studied for this steel by conducting the compressive deformation test at temperature of $900-1150^{\circ}C$ and strain rate of $0.01-0.01s^{-1}$ in a MMS-300 thermo-mechanical simulator. The microstructure evolution, particularly the dynamically recrystallized microstructure, of the experimental steel at elevated temperatures, strain rates and strain levels, was characterized by optical microstructural observation and the constitutive equation in association with the activation energy and Zener-Hollomon parameter. The curves of strain hardening rate versus stress were used to determine the critical strain and peak strain, and their relation was connected with Zener-Hollomon parameter. Under the conditions of processing temperature $900^{\circ}C$ and strain rate $0.01s^{-1}$, the dynamic recrystallization took place and the austenite grain size was refined from $164.5{\mu}m$ to $28.9{\mu}m$.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.4
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pp.297-306
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2014
Recently nano-materials are gaining more importance in the construction industry due to its enhanced energy efficiency, durability, economy, and sustainability. Nano-silica addition to cement based materials can control the degradation of the fundamental calcium-silicate-hydrate reaction of concrete caused by calcium leaching in water as well as block water penetration and therefore lead to improvements in durability. In this paper, the influence of synthesized nano silica from locally available rice husk on the mechanical properties and corrosion resistant properties of OPC (Ordinary Portland Cement) has been studied by conducting various experimental investigations. Micro structural properties have been assessed by conducting Scanning Electron Microscopy, Thermo gravimetry and Differential Thermal Analysis, X-Ray Diffraction analysis, and FTIR studies. The experimental results revealed that NS reacted with calcium hydroxide crystals in the cement paste and produces Calcium Silicate Hydrate gel which enhanced the strength and acts as a filler which filled the nano pores present in concrete. Hence the strength and corrosion resistant properties were enhanced than the control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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