Although a lot of studies in fracture toughness of Y-TZP ceramics for structural applications have been done, it remains an important challenge to be able to improve fracture toughness of Y-TZP ceramics. In this research, milling method adding monoclinic zirconia and $Al_2O_3$ to 3Y-TZP was introduced to improve the fracture toughness of 3Y-TZP. Experimental results showed that addition of small amount of $Al_2O_3$ causes to make lots of oxygen vacancies (VO) by substituting $Al^{3+}$ for $Zr^{4+}$. It is believed that the produced vacancies provides useful routes far mass transfer. Y-TZP ceramics having higher microhardness and better fracture toughness was fabricated by sintering at $1400^{\circ}C$.
Anodic bonding process has been quantitatively evaluated based on the Taguchi analysis of the interfacial fracture toughness, measured at the interface of anodically bonded silicon-glass bimorphs. A new test specimen with a pre-inserted blade has been devised for interfacial fracture toughness measurement. A set of 81 different anodic bonding conditions has been generated based on the three different conditions for four different process parameters of bonding load, bonding temperature, anodic voltage and voltage supply time. Taguchi method has been used to reduce the number of experiments required for the bonding strength evaluation, thus obtaining nine independent cases out of the 81 possible combinations. The interfacial fracture toughness has been measured for the nine cases in the range of 0.03∼6.12 J/㎡. Among the four process parameters, the bonding temperature causes the most dominant influence to the bonding strength with the influence factor of 67.7%. The influence factors of other process parameters, such as anodic voltage and voltage supply time, bonding load, are evaluated as 18%, 12% and 2.3%, respectively. The maximum bonding strength of 7.23 J/㎡ has been achieved at the bonding temperature of 460$\^{C}$ with the bonding load of 45gf/㎠, the applied voltage of 600v and the voltage supply time of 25minites.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제2권3호
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pp.47-53
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2001
This paper investigates the characteristics of interlaminar fracture toughness of foam core sandwich structures under opening mode by using the double cantilever beam (DCB) specimens which are Carbon/Epoxy and foam core composites. Instead of using a DCB specimen of symmetric geometry, a non-symmetric DCB specimen was used to calculate the interlaminar fracture toughness. Three approaches for calculating the energy release rate(G$\sub$IC/) were used and fracture toughness of foam core sandwich structures made by autoclave, vacuum bagging and hotpress were compared. Experiment, analysis using nonlinear beam bending theory, and numerical work by FEM methods were performed. Bonding surface compensation and equivalent moment of inertia were used to calculate the energy release rate in nonlinear analytical work. Conclusions of experimental, nonlinear analytical and FEM methods were compared. It is, also, shown that the vacuum bagging forming can substitute the method of autoclave without serious loss of Mode I energy release rate(G$\sub$I/).
Recently, the properties of nanostructured materials as advanced engineering materials have received great attention. These properties include fracture toughness and a high degree of hardness. To hinder grain growth during sintering, it is necessary to fabricate nanostructured materials. In this respect, a high-frequency induction-heated sintering method has been presented as an effective technique for making nanostructured materials at a lower temperature in a very short heating period. Nanopowders of W and $Al_2O_3$ are synthesized from $WO_3$ and Al powders during high-energy ball milling. Highly dense nanostructured $W-Al_2O_3$ composites are made within three minutes by high-frequency induction-heated sintering method and materials are evaluated in terms of hardness, fracture toughness, and microstructure. The hardness and fracture toughness of the composite are $1364kg/mm^2$ and $7.1MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively. Fracture toughness of nanostructured $W-Al_2O_3$ is higher than that of monolithic $Al_2O_3$. The hardness of this composite is higher than that of monolithic W.
The plastic zone formed around a notch tip is important in analyzing the fracture toughness of structures and particularly weld cracks existed in the weld HAZ (heat affected zone) which produces local plastic deformation at the crack tip. Therefore, in order to analyze the fracture toughness in weld HAZ, it is necessary to investigate the new fracture toughness parameter $K_{c}$$^{*}$ and critical plastic strain energy $W_{p}$$^{c}$ according to the shape and size of the plastic zone. 1) If the temperature corresponding to $K_{c}$$^{*}$=130kg-m $m^{-3}$ 2/ is determined, transition temperature $T_{tr}$ the magnitude of plastic zone size, and heat input change depending on the fracture toughness. The blunted amounts of the parent and weld HAZ show mild linear variation until .delta.=0.4mm and then increase very steeply there after. 2) The relation between the plastic strain energy( $W^{p}$ ) and transition temperature( $T_{*}$tr) in parent metal is more sensitive than that of weld HAZ. However, the plastic strain energy depends on the transition temperature, and thus the yield stress, .sigma.$_{ys}$ becomes an important parameter for plastic strain energy. 3) The critical plastic strain energy( $W_{p}$$^{c}$ ) absorbed by the plastic zone at the notch tip indicated in case of parent metal: 60J/mm, in case of heat input(20KJ/cm): 75J/mm, in case of heat input(30KJ/cm); 50J/mmJ/mm.
본 연구에서는 이에 주목하고 잔존하는 잔유응력을 제거한 상태에서 PWHT가 용접 HAZ조직의 파괴인성에 어떠한 영향을 미치고 있느가와 잔유응력이 잔존된 상태에 서의 PWHT 유대시간과 가열속도가 파괴인성에 어떠한 영향을 미치는가를 알아보기 위 하여 공시재에 무응력과 일정응력을 가한 상태에서 유대시간과 가열속도를 변화시켜가 며 PWHT를 실족한 후 소성굽힘에 의한 COD파괴인성 시험 등을 통하여 PWHT의 영향을 검토하였다.
This paper was carried out to investigate the characteristics of interlaminar fracture toughness of foam core sandwich structures under opening loading mode by using the double cantilever beam (DCB) specimens in Carbon/Epoxy and foam core composites. instead of using symmetric geometry of DCB specimen non-symmetric DCB specimen was used to calculate the interlaminar fracture toughness. Three approaches for calculating the energy release rate({{{{ {G }_{IC } }}}}) were compared. Fracture toughness of foam core sandwich structures by autoclave vacuum bagging and hotpress were compared and analyzed. Experiment nonlinear beam bending FEM method were performed. Suggested bonding surface compensation and equivalent area inertia moment was used to calculate the energy release rate in nonlinear analytical results. The conclusions among experimental nonlinear analytical and FEM results was observed. The vacuum bagging method was shown to be able to substitute method in stead of autoclave without serious loss of Mode I energy release rate({{{{ {G }_{IC }}}}}) to be able to substitute method in stead of autoclave without serious loss of Mode I energy release rate({{{{ {G }_{IC }}}}}).
By using an oxynitride glass as a sintering additive, the effects of BN content on microstructure and mechanical properties of the hot-pressed and subsequently annealed SiC-BN composites were investigated. The microstructures developed were analyzed by image analysis. The morphology of SiC grains was strongly dependent on BN content in the starting composition. The aspect ratio of SiC decreases with increasing BN content and the average diameter of SiC shows a maximum at 5 wt% BN and decreases with increasing BN content in the starting powder. The fracture toughness increased with increasing BN content while the strength decreased with increasing BN content. The strength and fracture toughness of SiC or SiC-TiC composites were strongly dependent on the morphology of SiC grains, but the strength and fracture toughness of SiC-BN composites were strongly dependent on BN content rather than morphology of SiC grains. These results suggest that fracture toughness of SiC ceramics can be tailored by manipulating BN content in the starting composition. Typical fracture toughness and strength of SiC-10 wt% BN composites were 8 MPa$.$m$\^$1/2/ and 445 MPa, respectively.
In order to save the energy in vehicles using renewable energy, it is necessary to reduce the weight of parts with polymer matrix composites. Carbon nanotube (CNT) is the nano-scale reinforcement used to increase the interlaminar strength of fiber reinforced composites or enhance the fracture toughness of polymer. However, since the degree of improvement in mechanical properties varies according to the various experimental conditions such as shape of reinforcement, types of matrix and dispersion of reinforcement, research to find the optimal conditions is essentially needed. In this study, CNT/epoxy composites with different CNT concentration were fabricated under the same conditions, and the optimal CNT content (2 wt%) was found through Mode 1 fracture toughness test. Furthermore, through optical microscopy, it was confirmed that the fracture toughness was rather decreased due to the CNT aggregation when the CNT content exceeded 2 wt%.
This study investigates a new method of using a concrete disk to calculate stress intensity factor (SIF) for mixed mode cases. The results indicate that the disk method is more accurate than three point bending test (TPB) in obtaining correct SIF values for mixed mode fracture propagation. Stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ are calculated using a center notched disk subjected to splitting load. The notch angle is calculated by finite element (FEM). Fracture toughness $K_\textsc{k}$ of the concrete is obtained from the load intensities at the initiation of crack propagation. According to the finite element analysis(FEA) and disk test, the results show that mode I and mixed mode cracks propagate toward the directions of crack face and loading point, respectively. The results from FEA with maximum stress theory compare well with the experimental date. Unlike TPB method where an accurate fracture toughness value is difficult to obtain due to the irregular shape of load deflection curve and delayed final crack propagation (following slow stable cracking). fracture toughness value is easily measured in the disk test from the crack initial load. Therefore, it is safe to conclude that disk method is more advantageous than TPB method in analyzing combined mode fracture problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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