This is the third of several companion papers dealing with the derivation of material constants for ductile failure criteria under hydrostatic stress. It was observed that the ultimate engineering stresses and elongations at fracture from tensile tests for round specimens with various notch radii tended to increase and decrease, respectively, because of the stress triaxiality. The engineering stress curves from tests are compared with numerical simulation results, and it is proved that the curves from the two approaches very closely coincide. Failure strains are obtained from the equivalent plastic strain histories from numerical simulations at the time when the experimental engineering stress drops suddenly. After introducing the new concept of average stress triaxiality and accumulated average strain energy, the material constants of the Johnson-Cook failure criterion for critical energies of 100%, 50%, and 15% are presented. The experimental results obtained for EH-36 steel were in relatively good agreement with the 100% critical energy, whereas the literature states that aluminum fits with a 15% critical energy. Therefore, it is expected that a unified failure criterion for critical energy, which is available for most kinds of ductile materials, can be provided according to the used materials.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.1
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pp.11-16
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2016
Lithography techniques are generally used to manufacture nano-patterns on silicon, however, it is difficult to make a V-shaped pattern using these techniques. Although silicon is a brittle material, it can be treated as a ductile material if mechanically machined at extremely low force scale. The manufacturing technique of nano-patterns on single crystal silicon using a mechanical method was developed in this study. First, the linear pattern was machined on the silicon with increasing thrust force. Then, the correlation between measured cutting force and machined pattern was analyzed. Based on the analysis, the critical thrust force was quantitatively determined, and then the silicon was machined at a force lower than the critical thrust force. The machined pattern was observed using SEM and AFM to check for the occurrence of brittle fractures. Finally, the sharp V-shaped nano-pattern was manufactured on the single crystal silicon.
Recently, as structures in Korea and other countries become much taller, larger, and more specialized, concrete used for constructions of these structures is required to have high performance characteristics. Especially, seismic performance of concrete must be improved to resist cyclic loading from earthquakes. Consequently, this study was performed to focus on developing optimal mixtures of high ductile fiber reinforced mortar with high ductility and durability, which have good serviceability, stability and reliability performances. Eventually, this material is expected to improve seismic performance of concrete structures such as load carrying capacity, ductility capacity, and energy dissipation capacity when applied to critical regions of flat plate slab-column joint. Ultimately, this research is intended to develop a material for basic designs and practical constructions of reinforced concrete structures. Test results showed that the maximum load carrying capacity, the ductility capacity, and the energy dissipation capacity of the test specimens titled RCFPP series were increased by 15%~34%, by 33%~37%, and by 2.14 times, respectively, compared to those of the standard specimen titled SRCFP.
Park, Sung-Ju;Lee, Kangsu;Cerik, Burak Can;Kim, Younghyn;Choung, Joonmo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.1
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pp.82-93
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2019
In this paper, the ductile fracture criteria for a marine structural steel (EH36) are presented and validated. The theoretical background of the recently developed Hosford-Coulomb (HC) fracture strain model and the DSSE fracture strain model which was developed to apply to the shell elements is described. In order to accurately estimate the flow stress in the large strain range up to the fracture, the material constants for the combined Swift-Voce constitutive equation were derived by the numerical analyses of the smooth and notched specimens made from the EH36 steel. As a result of applying the Swift-Voce flow stress to the other notched specimen model, a very accurate load - displacement curve could be derived. The material constants of the HC fracture strain and DSSE fracture strain models were independently calibrated based on the numerical analyses for the smooth and notch specimen tests. The user subroutine (VUMAT of Abaqus) was developed to verify the accuracy of the combined HC-DSSE fracture strain model. An asymmetric notch specimen was used as verification model. It was confirmed that the fracture of the asymmetric specimen can be accurately predicted when a very small solid elements are used together with the HC fracture strain model. On the other hand, the combined HC-DSSE fracture strain model can predict accurately the fracture of shell element model while the shell element size effect becomes less sensitive.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1398-1407
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2000
The structural steels of power plant show the decrease of mechanical properties due to degradation such as temper embrittlement, creep damage and softening during long-term operation at high temper ature. The typical causes of material degradation damage are the creation and coarsening of carbides(M23C6, M6C) and the segregation of impurities(P, Sb and Sn) to grain boundary. It is also well known that material degradation induces the cleavage fracture and increases the ductile-brittle transition temperature of steels. So, it is very important to evaluate degradation damage to secure the reliable and efficient service condition and to prevent brittle failure in service. However, it would not be appropriate to sample a large test piece from in-service components. Therefore, it is necessary to develop a couple of new approaches to the non-destructive estimation technique which may be applicable to assessing the material degradation of the components with not to influence their essential strength. The purpose of this study is to propose and establish a new electrochemical technique for non-destructive evaluation of material degradation damage for Cr-Mo steels which is widely used in the high temperature structural components. And the electrochemical anodic polarization test results are compared with those of semi-nondestructive SP test.
The Micromechanics test is new test method which uses comparatively smaller specimen than that required in conventional material tests. There are several methods, such as small-specimen creep test, the continuous indentation test, and small punch(SP) test. Among them, the small punch(SP) test method has been applied to many evaluation fields, such as a ductile-brittle transition temperature, stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, and fracture properties of advanced materials like FGM or MMC. In this study, the small punch(SP) test is performed to evaluate the mechanical properties at high/low temperature from $-196^{\circ}C$ to $650^{\circ}C$ and the material degradation for virgin and aged materials of 9Cr1MoVNb steel which has been recently developed. The ${\Delta}P/{\Delta}{\delta}$ parameter defined a slope in plastic membrane stretching region of SP load-displacement curve decreases according to the increase of specimen temperature, and that of aged materials is higher than the virgin material in all test temperatures. And the material degradation degrees of aged materials with $630^{\circ}C$ -500hrs and $630^{\circ}C$ -1000hrs are $36^{\circ}C$ and $38^{\circ}C$ respectively. These behaviors are good consistent with the results of hardness($H_v$) and maximum displacement(${\delta}_{max}$).
Jo, A.R.;Jeong, M.S.;Lee, S.K.;Cho, Y.J.;Hwang, S.K.
Transactions of Materials Processing
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v.28
no.6
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pp.321-327
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2019
In this study, a hot and cold forging process was investigated to produce a complex-shaped hub of dual clutch transmission with low material loss and high productivity. The process was designed by the commercial finite element (FE) analysis program, DEFORM-2D (hot forging) and 3D (cold forging). And, the material flow and ductile fracture characteristics were studied to check the surface crack initiation of the specimen. The simulation results indicated that the proposed process could manufacture the complex-shaped hub with no surface crack and high-efficiency compared to the conventional machining process. For verification the numerical results, the hub of the SCM440 was fabricated by the proposed process and the mechanical properties and microstructure evolution were studied. It was demonstrated that the suggested hot and cold forging process might be useful in producing the key components of the automobile industry as a high-efficiency and environmentally friendly process.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.1-7
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2020
An experimental evaluation of bending fatigue strength for austempered ductile iron (ADI) spur gears was performed using a Zwick fatigue tester. The gear material was manufactured using vertical continuous casting, resulting in the radius of the graphite grains being smaller. The stress-number of cycles curve (S-N curve) for the bending fatigue strength of the ADI spur gears thus manufactured, without any specific surface treatments, was obtained using post-processing software. It was observed that when the reliability was 50%, the allowable root stress was 610 MPa. was calculated using an analytical method as well as the finite element method, and the difference between the values calculated using the two methods is only 7%. This study provides a reliable basis to rate the reliability design of small gearboxes in automation in the future.
Cement has been traditionally used as a main binding material of high ductile fiber reinforced cementitious composites. The purpose of this paper is to investigate the feasibility of using alkali-activated slag and polyvinyl alcohol (PVA) fibers for manufacturing high ductile fiber reinforced cementless composites. Two mixture proportions with proper flowability and mortar viscosity for easy fiber mixing and uniform fiber dispersion were selected based on alkali activators. Then, the slump flow, compression, uniaxial tension and bending tests were performed on the mixes to evaluate the basic properties of the composites. The cementless composites showed an average slump flow of 465 mm and tensile strain capacity of approximately 2% of due to formation of multiple micro-cracks. Test results demonstrated a feasibility of manufacturing high ductile fiber reinforced composites without using cement.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2007.11a
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pp.71-74
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2007
With the changes of times the building materials tend to extend the demand for application under the special environment. Since high-ductile mortar is developed, the building materials show excellent performance like toughness, compression, tensile, and bending, etc. in the general concrete from the existing brittle point. And, recently they are widely used as repairing and reinforcing materials both at home and abroad because they are recognized as excellence like durability and fire-resistance. However, it is in a situation of creating problems in durability because it frequently happened deterioration of buildings that have already repaired and reinforced at a time when it requires reconstruction of recently deteriorated construction structure recently. Therefore, in this study improved with a more repair Material development and reinforcement of the second high-ductile mortar products for a variety of basic materials were presented want, research plans used include traditional repair materials and the newly developed PCM (polymer cement mortar) structural reinforcement type indicated that comparison. PCM analysis in order to present a rate depending on the types fiber 0, 1.2 and 2.0(%) at three levels and mixture water according to ratios of weight to Plain in the 2.0 and 1.85(kg) at two levels is set, the results were as follows. 1) This study has shown that PCM had excellent strain hardening behavior at the same time that the bending stress increased according to the fiber contents. 2) This study has shown that it had the durability performance due to the high substance transmission according to the fiber contents.
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