By applying Eshelby's theory on the'transformation' and' inhomogeneity'problems of an ellipsoidal inclusion, a microscopic stress-strain is formulated for a composite material consisting of a matrix and a large number of aligned ellipsoidal inclusions. Some of the composites of practical interest, such as unidirectionally fiber- reinforced, Particle dispersion strengthened and layered composites can be treated by changing the axial ratios of the ellipsoidal inclusion. The macroscopic stress-strain relation obtained is applicable to elastic and elasto-plastic deformation of the composite in uniform loading.
The thermal stability of $Al_2TiO_{5}$ ceramics was improved by formation of solid solution with MgO, such as $MgAl_2O_4$ spinel through electrofusion in an arc furnance, and by limitation of grain size and microcracks with $SiO_2$, $ZrO_2$ and ${\alpha}$-$Al_2O_3$. The low thermal expansion properties of $Al_2TiO_{5}$ composites show the thermal hysteresis curves due to the strong anisotropy of $Al_2TiO_{5}$. These phenomena are explained by the opening and closing of microcracks. The relation between thermal hysteresis, microstructures and sintering temperature were studied by dilatometry.
Kim, Young-Sun;Lee, Tae-Gyu;Kim, Woo-Jae;Kim, Gyu-Yong
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.5
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pp.627-636
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2011
Recently, to prevent explosive spalling of high-strength concrete (HSC) members, the usage of nylon fiber instead of polypropylene fiber has increased. Past experimental studies have been conducted to examine the spalling and mechanical properties of HSC with nylon fibers when exposed to elevated temperature. However, the previous studies on HSC with nylon fibers subjected to high temperatures were performed only on the properties such as spalling, compressive strength, and elastic modulus rather than investigations on to the behaviors such as thermal strain, total strain, steady state creep, and transient creep. Therefore, in this study thermal strain, total strain, steady state creep, and transient creep of HSC mixed with nylon fibers with water to binder ratio of 0.30 to 0.15 were tested. The experimental results showed that nylon fibers did not affect the performance of HSC with nylon fibers at high temperatures. However, HSC with nylon fibers generated a larger transient creep strain than that of HSC without fibers and normal strength concrete.
In this paper, the thermal buckling and postbuckling behaviour of composite beam with embedded shape memory alloy (SMA) wires are investigated experimentally and analytically. The results of thermal buckling tests on uniformly heated, clamped, composite beam embedded with SMA wire actuators are presented and discussed in consideration of geometric imperfections, slenderness ratio of beam and embedding position of SMA wire actuators. The shape recovery force can reduce the thermal expansion of composite laminated beam, which result in increment of the critical buckling temperature and reduction of the lateral deflection of postbuckling behaviours. It is presented quantitatively on the temperature-load-deflection behaviour records how the shape recovery force affects the thermal buckling. The cross tangential method is suggested to calculate the critical buckling temperature on the temperature-deflection plot. Based on the experimental analysis, the new formula is also proposed to describe the critical buckling temperature of a laminated composite beam with embedded SMA wire actuators.
The confirmed integrity of nuclear fuel cladding materials is an important object during steady state and transient operations at nuclear power plant. In this context, the clad material yielding behavior is especially important because of pellet-clad gap expansion. During the steep power excursion, the in-pile irradiation behavior differences between uranium-dioxide fuel pellet and zircaloy clad induce the contact pressure between them. If this pressure reaches the zircaloy clad yield pressure, the zircaloy clad will be plastically deformed. After the reactor power resumed to normal state, this plastic permanent expansion of clad tube give rise to the pellet-clad gap expansion. In this paper, the simple mandrel expansion test method which utilizes thermal expansion difference between copper mandrel and zircaloy tube was adopted to simulate this phenomenon. That is, copper mandrel which has approximately three times of thermal expansion coefficient of zircaloy-4 (PWR fuel cladding material) were used in this experiment at the temperature range from 400C to 700C. The measured plastic expansion of zircaloy outer radius and derived mathematical relations give the yield pressure, yield stress of zircaloy-4 clad at the various clad wall temperatures, the activation energy of zircaloy tube yielding, and pellet-clad gap expansion. The obtained results are in good agreement with previous experimental results. The mathematical analysis and simple test method prove to be a reliable and simple technique to assess the yielding behavior and gap expansion measurement between zircaloy-4 tube and uranium-dioxide fuel pellet under biaxial stress conditions.
Park, Jung-Wook;Rutqvist, Jonny;Ryu, Dongwoo;Synn, Joong-Ho;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.25
no.2
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pp.155-167
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2015
The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) operated for a period of 30 years has been investigated by TOUGH2-FLAC3D simulator. As a fundamental study for the development of prediction and control technologies for the environmental change and rock mass behavior associated with CTES, the key concerns were focused on the hydrological-thermal multiphase flow and the consequential mechanical behavior of the surrounding rock mass, where the insulator performance was not taken into account. In the present study, we considered a large-scale cylindrical cavern at shallow depth storing thermal energy of $350^{\circ}C$. The numerical results showed that the dominant heat transfer mechanism was the conduction in rock mass, and the mechanical behavior of rock mass was influenced by thermal factor (heat) more than hydrological factor (pressure). The effective stress redistribution, displacement and surface uplift caused by heating of rock and boiling of ground-water were discussed, and the potential of shear failure was quantitatively examined. Thermal expansion of rock mass led to the ground-surface uplift on the order of a few centimeters and the development of tensile stress above the storage cavern, increasing the potential of shear failure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.1
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pp.58-66
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2022
In this study, to examine the effect of the transverse thermal expansion behavior of FRP reinforcing bars and concrete on the concrete cover thickness, based on 20℃, when the temperature changes from -70℃ to 80℃, the behavior of concrete was studied theoretically and numerically. Theoretical elastic analysis and nonlinear finite element analysis were performed on FRP reinforced concrete with different diameters and cover thicknesses of FRP reinforcement. As a result, at a negative temperature difference, concrete was compressed, and the theoretical strain result and the finite element result were similar, but at a positive temperature difference, tensile stress and further cracks occurred in the concrete, which was 1.2 to 1.4 times larger than the theoretical result. The ratio of the diameter of the FRP reinforcing bar to the thickness of the concrete cover (c/db) is closely related to the occurrence of cracks. Since the transverse thermal expansion coefficient of FRP reinforcing bars is three times greater than that of concrete, it is necessary to consider this in design.
A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.195-195
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2003
PDP, FED 등의 디스플레이와 각종 IC 칩부품에 적용 가능한 저융점 유리 프릿 중에서 환경규제가 이루어지고 있는 납성분이 포함되어 있지 않은, Bi계 유리 프릿의 열적 거동 연구를 행하였다. 열처리 온도에 따른 열거동에 따라 프릿의 소성온도 및 미세구조가 결정되므로, 열처리 온도에 따른 유리 프릿의 젖음각을 측정하였고, DTA와 TMA를 통해 유리전이온도, 연화점, 열팽창계수 변화 경향성을 관찰하였다. 본 연구에서 제조된 유리는 조성에 따라 전이온도가 390-50$0^{\circ}C$, 연화점이 400-55$0^{\circ}C$, 열팽창계수가 65-120$\times$10-7/$^{\circ}C$ 범위를 나타내었으며, 고온현미경 측정 결과 Pb-계 유리와 비교시 유사한 열거동을 나타내었다.
This paper discusses the analysis method of prestressed concrete girder integral abutment bridges for a 75-year bridge life and the development of prediction models for abutment displacements under thermal loading due to annual temperature fluctuation and time-dependent loading. The developed nonlinear numerical modeling methodologies considered soil-structure interaction between supporting piles and surrounding soils and between abutment and backfills. Material nonlinearity was also considered to simulate differential rotation in construction joints between abutment and backwall. Based on the numerical modeling methodologies, a parametric study of 243 analysis cases, considering five parameters: (1) thermal expansion coefficient, (2) bridge length, (3) backfill height, (4) backfill stiffness, and (5) pile soil stiffness, was performed to established prediction models for abutment displacements over a bridge life. The parametric study results revealed that thermal expansion coefficient, bridge length, and pile-soil stiffness significantly influenced the abutment displacement. Bridge length parameter significantly influenced the abutment top displacement at the centroid of the superstructure, which is similar to the free expansion analysis results. Developed prediction model can be used for a preliminary design of integral abutment bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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