Several in-situ testing methods of adhesively bonded joints under static short-time tensile loading are critically analyzed in terms of experimental procedure and data evaluation. Due to its rather homogeneous stress state across the glue line, the tensile-shear test with thick single-lap specimens, according to ISO 11003-2, has become the most important test process for the determination of realistic materials parameters. This basic method, which was improved in both, the experimental part by stepped adherends and easily attachable extensometers and the evaluation procedure by numeric substrate deformation correction and test simulation based on the finite element method (FEM), is therefore demonstrated by application to several kinds of adhesives and metallic adherends. Multi-axial load decreases the strength of a joint. This effect, which is illustrated by an experimental comparison, impedes the derivation of realistic mechanical characteristics from measured force-displacement curves. It is shown by numeric modeling that tensile-shear tests with thin plate substrates according to ISO 4587, which are widely used for quick industrial quality assurance, reveal an inhomogeneous stress state, especially because of relatively large adherend deformation. Complete experimental determination of the elastic properties of bonded joints requires independent measurement of at least two characteristics. As the thick-adherend tensile-shear test directly yields the shear modulus, the tensile butt-joint test according to ISO 6922 represents the most obvious complement of the test programme. Thus, validity of analytical correction formulae proposed in literature for the derivation of realistic materials characteristics is verified by numeric simulation. Moreover, the influence of the substrate deformation is examined and a FEM correction method introduced.
For reliable determination of mechanical characteristics of adhesively bonded joints used e.g. as input data for computer-aided design of complex components, the thick-adherend tensile-shear test according to ISO 11003-2 is the most important material testing method. Although the total displacement of the joint is measured across the polymer layer directly in the overlap zone in order to minimize the influence of the stepped adherends, the substrate deformation must be taken into account within the framework of the evaluation of the shear modulus and the maximum shear strain, at least when high-strength adhesives are applied. In the standard ISO 11003-2 version of 1993, it was prescribed to perform the substrate deformation correction by means of testing a one-piece reference specimen. The authors, however, pointed to the excessive demands on the measuring accuracy of the extensometers connected with this technique in industrial practice and alternatively proposed a numerical deformation analysis of a dummy specimen. This idea of a mathematical correction was included in the revised ISO 11003-2 version of 2001 but in the simplified form of an analytical method based on Hooke's law of elasticity for small strains. In the present work, it is shown that both calculation techniques yield considerably discordant results. As experimental assessment would require high-precision distance determination (e.g. laser extensometer), finite element analyses of the deformation behavior of the bonded joint are performed in order to estimate the accuracy of the obtained substrate deformation corrections. These simulations reveal that the numerical correction technique based on the finite element deformation modeling of the reference specimen leads to considerably more realistic results.
Renukaradhya K. Math;Nagakumar Bharatham;Palaksha K. Javaregowda;Han Dae Yun
Applied Microscopy
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v.51
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pp.17.1-17.10
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2021
Our previous study on the binding activity between Cel5H and clay minerals showed highest binding efficiency among other cellulase enzymes cloned. Here, based on previous studies, we hypothesized that the positive amino acids on the surface of Cel5H protein may play an important role in binding to clay surfaces. To examine this, protein sequences of Bacillus licheniformis Cel5H (BlCel5H) and Paenibacillus polymyxa Cel5A (PpCel5A) were analyzed and then selected amino acids were mutated. These mutated proteins were investigated for binding activity and force measurement via atomic force microscopy (AFM). A total of seven amino acids which are only present in BlCel5H but not in PpCel5A were selected for mutational studies and the positive residues which are present in both were omitted. Of the seven selected surface lysine residues, only three mutants K196A(M2), K54A(M3) and K157T(M4) showed 12%, 7% and 8% less clay mineral binding ability, respectively compared with wild-type. The probable reason why other mutants did not show altered binding efficiency might be due to relative location of amino acids on the protein surface. Meanwhile, measurement of adhesion forces on mica sheets showed a well-defined maximum at 69±19 pN for wild-type, 58±19 pN for M2, 53±19 pN for M3, and 49±19 pN for M4 proteins. Hence, our results demonstrated that relative location of surface amino acids of Cel5H protein especially positive charged amino acids are important in the process of clay mineral-protein binding interaction through electrostatic exchange of charges.
Jo, Hui-Jae;Choe, Jun-Hyeon;Jeong, Yong-Chan;Lee, Su-Yeol
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.40-40
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2018
강원도 혹한지역에 설치된 ACSR cable(Aluminium Conductor Steel Reinforced, 강심 알루미늄 연선)에 겔러핑(Galloping), 슬릿점핑(Sleet jumping) 등 빙설해로 인한 단전 및 단락 사고가 발생하여 전력망 운영에 심각한 문제를 초래하고 있다. 특히, 빙설해로 인한 정전사고는 전기 품질의 저하 뿐만 아니라, 국지적으로 발생하여 광범위하게 영향을 미치기 때문에 이에 대한 대응 및 예방기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 ACSR cable의 원 소재인 알루미늄 합금(Al 6061)을 대상으로 낮은 표면에너지를 갖는 결빙방지 코팅소재로 표면처리하여 결빙방지 성능을 향상하고자 하였다. 코팅소재와 얼음과의 접합특성은 결빙접합 특성 시험기를 사용하여 정량적으로 측정하였으며 시험기의 신뢰성 확보를 위해 FEM Modeling을 수행하였다. 결빙특성 지표인 ARF(Adhesion reduction factor)를 적용하여 소재별 결빙방지 효과를 비교 평가하였다. 코팅소재는 현재 해외 국내에서 상용화되고 있는 소수성, 초소수성 소재를 선정하였으며, 결빙접합강도와 매우 밀접하게 연관되어 있는 표면 에너지, 표면 거칠기와의 상관관계를 분석함으로써 결빙방지 코팅소재의 적합성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 상온 경화형 실리콘 러버 코팅소재는 원 소재 Al 대비 약 8~9배 낮은 탁월한 방빙성(Anti-icing) 효과를 나타내었으며, 내구성 또한 상용소재 대비 우수한 특성을 나타내었다.
In orthopedic surgery and in particular in total hip arthroplasty, the implant fixation is carried out using a surgical cement called polymethylmethacrylat (PMMA). This cement has to insure a good adhesion between implant and bone and a good load distribution to the bone. By its fragile nature, the cement can easily break when it is subjected to a high stress gradient by presenting a craze zone in the vicinity of inclusion. The focus of this study is to analyze the effect of inclusion in some zone of cement in which the loading condition can lead to the crack opening leading to their propagation and consequently the aseptic loosening of the THR. In this study, the fracture behavior of the bone cement including a strange body (bone remain) from which the onset of a crack is supposed. The effect of loading condition, the geometry, the presence of both crack and inclusion on the stress distribution and the fracture behavior of the cement. Results show that the highest stresses are located around the sharp tip of bony inclusion. Most critical cracks are located in the middle of the cement mantle when they are subjected to one leg standing state loading during walking.
Hong-Joo Lee;Kyung-Nam Kang;Ki-Il Song;Sang-Don Lee
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.1
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pp.19-37
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2024
Rockbolts are the primary-supports in NATM tunnels and are widely used at tunnel construction sites. Among the rockbolts methods applied in domestic tunnel design, fully grouted rockbolts are the most representative and frequently used. Fully grouted rockbolts exhibit relative behavior between the bolt and the ground due to the grout material. However, during numerical analysis for tunnel design, fully grouted rockbolts are often modeled in a way that does not reflect their behavior characteristics. This may result in underestimating or overestimating the force of the supports. Based on a literature review, it was analyzed that fully grouted rockbolts are modeled using truss element or cable element. To analyze the effect of grout properties of cable elements on rockbolts behavior, this paper compared the behavior of rockbolts in two models: one estimating grout properties based on rockbolt pull-out test data, and another assuming complete adhesion between the rockbolts and the ground by applying large grout properties. Under identical tunnel conditions, the numerical analysis was conducted by modeling the fully grouted rockbolts differently using truss and cable elements, and the tunnel behavior was analyzed. The research results suggest that modeling fully grouted rockbolts as a function of the interface effect between the bolts and the ground, specifically considering grout, is desirable. The use of pull-out test data to simulate the behavior of actual fully grouted rockbolts was considered as a valid approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.1
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pp.89-94
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2014
The high Young's modulus and tensile strength of carbon nanotubes has attracted great attention from the research community given the potential for developing super-strong, super-stiff composites with carbon nanotube reinforcements. Over the decades, the strength and stiffness of carbon nanotube-reinforced polymer nanocomposites have been researched extensively. However, unfortunately, such strong composite materials have not been developed yet. It has been reported that the efficiency of load transfer in such systems is critically dependent on the quality of adhesion between the nanotubes and the polymer chains. In addition, the waviness and orientation of the nanotubes embedded in a matrix reduce the reinforcement effectiveness. In this study, we carried out performed micromechanics-based numerical modeling and analysis by varying the geometry of carbon nanotubes including their aspect ratio, orientation, and waviness. The results of this analysis allow for a better understanding of the load transfer capabilities of carbon nanotube-reinforced polymer composites.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.11
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pp.6464-6471
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2014
The UV curing method is a popular process for lens molding on a unit wafer. This process, however, has several drawbacks including wafer adhesion during the ejection process after curing, errors in lens shape and wafer warpage due to material shrinkage during the curing process, and lens centering errors on both sides of a wafer. Among these, the lens shape error and warpage are influenced directly by the UV curing process due to factors including the UV radiation uniformity, the degree of cure according to UV intensity, and the shrinkage characteristics of the material. Therefore, a theory is needed not only to understand the change in the material characteristics, such as the shrinkage rate due to the curing reaction, but also to establish a model. In addition, an analysis system is needed to realize the model. This study proposes a new analysis method for the wafer lens molding process by Comsol modeling. This method was verified by comparing the results with those of the actual process.
Kim, Ki-Du;Suthasupradit, Songsak;Park, Jong-Hwa;Park, Jae-Gyun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.3
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pp.267-274
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2010
Unlike the structure which has a homogeneous material property, a composite structure is coupled with materials which have different properties, namely, steel and concrete. At actual modeling, the real behavior cannot be predicted without consideration of those material characteristics. Therefore, by putting the interface element between concrete and steel, a slip of steel and concrete is made predictable. Interface element can be used properly not by an ordinary constitutive relation, but by a non-linear constitutive relation considering actual adhesion and slip. A contact surface between plate-shape steel box and concrete is described by using this interface element. Furthermore, because the general 8 node conforming element is inappropriate for describing a bending buckling behavior of steel box, the EAS(Enhanced Assumed Strain) solid-shell element is used to describe a bending behavior of plate-shape steel box.
Human pluripotent stem cells (hPSCs) include human embryonic stem cells (hESCs) derived from blastocysts and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) generated from somatic cell reprogramming. Due to their self-renewal ability and pluripotent differentiation potential, hPSCs serve as an excellent experimental platform for human development, disease modeling, drug screening, and cell therapy. Traditionally, hPSCs were considered to form a homogenous population. However, recent advances in single cell technologies revealed a high degree of variability between individual cells within a hPSC population. Different types of heterogeneity can arise by genetic and epigenetic abnormalities associated with long-term in vitro culture and somatic cell reprogramming. These variations initially appear in a rare population of cells. However, some cancer-related variations can confer growth advantages to the affected cells and alter cellular phenotypes, which raises significant concerns in hPSC applications. In contrast, other types of heterogeneity are related to intrinsic features of hPSCs such as asynchronous cell cycle and spatial asymmetry in cell adhesion. A growing body of evidence suggests that hPSCs exploit the intrinsic heterogeneity to produce multiple lineages during differentiation. This idea offers a new concept of pluripotency with single cell heterogeneity as an integral element. Collectively, single cell heterogeneity is Janus-faced in hPSC function and application. Harmful heterogeneity has to be minimized by improving culture conditions and screening methods. However, other heterogeneity that is integral for pluripotency can be utilized to control hPSC proliferation and differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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