• 대한기계학회논문집A
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• 제26권3호
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• pp.553-559
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• 2002

Carbon-fiber which has very small radial dimension makes us difficult to measure it's properties. So in this paper, we suggest a simple method to measure the thermal conductivity of a carbon-fiber's and carbon-fiber-reinforced-plastics(CFRP) laminates. The thermal conductivity of CFRP laminates was measured experimentally at the same time analytically. The experimental model is based on the one-dimensional analysis of fin sample because CFRP laminates has a thin geometric configuration. The analytical model to measure the thermal conductivity of carbon-fiber is expressed by use of mean-field model which is based on Eshelby's elliptical inclusion problem. Therefore the thermal conductivity of angle-ply laminates can be computed by use of effective longitudinal and transverse thermal conductivities of unidirectional composite of the constituents.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제4권3호
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• pp.173-185
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• 2011

A multiscale modeling scheme that addresses the influence of the nanoparticle size in nanocomposites consisting of nano-sized spherical particles embedded in a polymer matrix is presented. A micromechanics-based constitutive model for nanoparticle-reinforced polymer composites is derived by incorporating the Eshelby tensor considering the interface effects (Duan et al. 2005a) into the ensemble-volume average method (Ju and Chen 1994). A numerical investigation is carried out to validate the proposed micromechanics-based constitutive model, and a parametric study on the interface moduli is conducted to investigate the effect of interface moduli on the overall behavior of the composites. In addition, molecular dynamics (MD) simulations are performed to determine the mechanical properties of the nanoparticles and polymer. Finally, the overall elastic moduli of the nanoparticle-reinforced polymer composites are estimated using the proposed multiscale approach combining the ensemble-volume average method and the MD simulation. The predictive capability of the proposed multiscale approach has been demonstrated through the multiscale numerical simulations.

• Advances in nano research
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• 제7권2호
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• pp.109-123
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• 2019

In this article, the free vibration analysis of annular sandwich plates with various functionally graded (FG) porous cores and carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) facesheets is investigated based on modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theories (FSDT). The annular sandwich plate is composed of two face layers and a functionally graded porous core layer which contains different porosity distributions. Various approaches such as extended mixture rule (EMR), Eshelby-Mori-Tanaka (E-M-T), and Halpin-Tsai (H-T) are used to determine the effective material properties of microcomposite circular sandwich plate. The governing equations of motion are extracted by using Hamilton's principle and FSDT. A Ritz method has been utilized to calculate the natural frequency of an annular sandwich plate. The effects of material length scale parameters, boundary conditions, aspect and inner-outer radius ratios, FG porous distributions, pore compressibility and volume fractions of CNTs are considered. The results are obtained by Ritz solutions that can be served as benchmark data to validate their numerical and analytical methods in the future work and also in solid-state physics, materials science, and micro-electro-mechanical devices.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.16-24
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• 2023

본 논문에서는 복합재료의 섬유와 기지사이의 경계면 손상을 고려한 멀티스케일 점진적 피로 손상 모델을 제안한다. 먼저 점진적인 경계면 손상을 고려하기 위해 서로 다른 4개의 경계면 상태를 정의한 미소구조 모델을 도입하였다. 각각의 상태에 대한 부피분율은 피로 하중의 사이클 수가 증가함에 따라 온전한 상태의 계면에서 완전 박리 상태의 계면으로의 전환이 일어난다. 손상된 경계면의 에쉘비 텐서(Eshelby's tensor)를 계산하기 위해 선형 스프링 모델이 사용되었으며 균질화 방법을 통해 복합재료의 유효 물성을 얻었다. 또한 복합재료의 피로거동을 묘사하기 위해 교번 응력에 대한 섬유, 기지, 그리고 섬유-기지 간의 계면 각각에 대한 손상 변수들이 정의되었고 이를 chaotic firefly 알고리즘을 통해 손상 변수를 특성화 하였다. 제안된 모델은 유한요소해석프로그램 ABAQUS의 UMAT subroutine으로 구현되어 AS4/3501-6 복합재료의 단일방향 라미네이트(unidirectional laminate) 시편들([0]₈, [90]₈,[30]₁₆)을 통해 성공적으로 검증되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권11호
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• pp.3474-3490
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• 1996

A metal matrix composites(MMCs) for A16061 reinforced with silicon carbide particles is fabricated by melt-stirring method. The primary products of MMCs billets are prepared by volume fractions 5 vol% to 20 vol% and particle size $13\mu m$ to $22\mu m$.This paper will be made to examine the microstructure and mechanical properties of fabricated $SiC_p$/Al 6061 composite by melt-stirring and squeeze casting method. The MMC billets is extruded at $500^{\circ}C$ under the constant extrusion velocity $V_e$=2mm/min using curved shape die. Extrusion force, particle rearrangement, micro structure and mechanical properties of extruded composites will be investigated. The mechanical properties of primary billets manufactured by melt-stirring and squeeze casting method will be compared with extrusion specimen. The effect of volume fraction and size of the reinforcements will be studied. The increase in uniformity of particle dispersion is the major reason for an improvement in reliability due to hot extrusion with optimal shape die. Experimental Young's modulus and 0.2% offset yield strength for the extruded MMCs will be compared with theretical values calculated by the Eshelby method. A method will be proposed for the prediction of Young's modulus and yield strength in $SiC_p$ reinforced MMCs.

• 비파괴검사학회지
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• 제17권2호
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• pp.89-99
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• 1997

단섬유강화금속복합재료는 최근 항공기, 자동차산업에 있어서 관심의 대상이 되고 있는 재료중의 하나이나 재료의 제조 및 성형중에 재료내의 기지재 및 강화재의 열팽창계수의 차이로 인해 재료 내부에 발생되는 열적잔류응력으로 인한 재료 특성의 변화로 실제적인 재료 적용상에 많은 문제점들이 보고되고 있다. 이와 같은 금속복합재료의 잔류응력의 평가에는 몇가지 비파괴적 방법이 적용되고 있으나 그 측정에 많은 어려움이 보고되고 있다. 따라서 금속복합재료의 보다 실제적인 응용을 위하여는 이와 같은 열적잔류응력을 평가하기 위한 이론적모델의 확립이 요구된다. 본 연구에 있어서는 비방향성을 가진 강화재가 2차원 평면 상태로 기지재내에 존재하는 단섬유강화금속복합재료에 있어서 재료에 균일한 온도 변화가 주어질 때 기지재와 강화재의 열팽창계수의 차로 인해 재료 내부에 발생하는 열적잔류응력을 평가, 예측하기 위한 이론적 탄성 모델을 확립하고자 한다. 본 연구에서 해석하고자 하는 이론 모델은 Eshelby의 등가 개재물 방법을 토대로 하고 있으며 과거 제안되고 있는 이론모델을 포함하는 보다 일반성을 가지는 해석 모델로서, 이 해석 모델을 이용하여 열적잔류응력에 미치는 강화재의 체적률, 종횡비, 분포 상태, 분포 cut-off 각도들에 대한 각 인자의 영향을 검토하였다. 그 결과 강화재의 체적률, 종횡비, cut-off 각도들이 강화재의 분포 상태보다도 금속복합재료의 열적잔류응력에 미치는 영향이 현저함을 알 수 있었다.