In this study, a prediction model for the cutting force evolution in brittle rocks was developed. This model is based on indentation tests using a conical pick at a cutting depth of 9 mm. The behavior of the indentation mechanism was analyzed in three phases by using Evans' cutting mode. The peak values in the force history identified these phases. The variation in the local strength of the rock caused a large offset in the model prediction of chipping. Regression analyses showed that there is a strong power relationship between the upper bound of the cutting force along with chipping and depth of cut. The slope of the three crushing phases has been found to increase sequentially (α1<α2<α3). In addition, a positive correlation existed between the Schmidt hardness and brittleness index that affects the lower and upper bounds of chipping. Consequently, the results clearly demonstrate that the new model can reasonably predict the evolution of the cutting force based on experimental data. These results would be beneficial for engineers to design and select the optimum excavation machine to reduce mechanical vibration and enhance cutting efficiency.
CVD-SiC coating has been introduced as a protective layer in TRISO nuclear fuel particle of high temperature gas cooled reactor (HTGR) due to its excellent mechanical stability at high temperature. In order to prevent the failure of the TRISO particles, it is important to evaluate the fracture strength of the SiC coating layer. It is needed to develop a new simple characterization technique to evaluate the mechanical properties of the coating layer as a pre-irradiation step. In present work, direct strength measurement method with the specimen of hem i-spherical shell configuration was suggested. The indentation experiment on a hemisphere shell with a plate indenter was conducted. The fracture strength of the coating layer is related with the critical load for radial cracking of the shell. The finite element analysis was used to drive the semi-empirical equation for the strength measurement. The SiC hemispherical shells were successfully recovered from the section-grinding of TRISO coated particle and successive heat treatment in air. The strength of CVD-SiC coating layer was evaluated from the experimentally measured critical load during the indentation on SiC hemisphere shell. Weibull diagram of fracture strength was also constructed. This study suggested a new strength equation and experimental method to measure the fracture strength of CVD-SiC coating of TRISO coated fuel particles.
Mechanical properties(flexural strength hardness fracture toughness) of alumina ceramics were evaluated. Alumina products of four companies were selected and three of those were made in Korea and one of those was made in Japan. The large differences according to manufacturing companies had resulted from flexural strength and weibull modulus which had a wide ranges of 300 to 400 MPa and 5 to 15 respectively. Critical indenstation load which could be neglected the effect of elastic recovery was about 9.8N and Vickers' hardness were about 15 GPa. Fracture toughnesses were evaluated by IF and ISB method. It was more preferable to the average at one indentation load that fracture toughness were obtained from the slope of the relationship between indentation load and crack length in IF method and between indentation load and fracture load in ISB method and fracture toughness was about 4 MPa·m1/2.
Kim, Min-Ju;Lee, Yun-Bok;Kim, Yeong-U;Jeon, Byeong-Se;Park, Hong-Chae
Korean Journal of Materials Research
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v.10
no.10
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pp.677-683
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2000
Three- and five-layer 3Y-YZP/12Ce- TZP composites prepared by a slip casting method have been characterized in terms of mechanical properties. The fracture strength of mutilayer c$\alpha$nposites determined in a diametral compression test was 327~534 MPa. Although the indentation strength of the materials was generally reduced with i increasing Vickers indentation load up to 300 N, the damage resistance of multilayer composites was superior compared to monolithic layer TZP material. The four-point bend strength of the layered material remained at the values of 620~674 MPa after indentation with a load of 49 N, while that of the monolithic TZP material was 129~339 MPa. The microindentation toughness of the multilayer material was $7.7~13.1\;MPa{\cdot}m^{1/2}$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.5
s.248
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pp.481-487
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2006
Spot-welding is a widely used manufacturing method for thin-sheet components, especially in mass-production industries such as the car industry. Automobiles are often constructed by multi-lap spot welding to secure the passenger from the accident, where optimisation of the welding conditions is a major economic consideration. This research is conducted to investigate weldability characteristics with various welding conditions on the 4-lap spot welded joint of structural steel sheets in automobile. The relationship between the tensile-shear strength and the indentation depth has been investigated to propose the optimum welding conditions. The welding current and the welding time have a greater effect on the welding characteristics than the electrode force. It was found that the electrode force has a relatively close relationship with the expulsion occurrence. The design curves for optimum welding are proposed for the 4-lap spot welded joint.
Park, Yong-Ha;Park, Yong-Ho;Cho, Kyung-Mox;Park, Ik-Min
Journal of Korea Foundry Society
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v.28
no.6
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pp.268-272
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2008
Interfacial characteristics of aluminum borate whisker reinforced AS52 matrix composite was investigated. Peak hardness of AS52 composite was obtained aging at $170^{\circ}C$ for 15h and the aging process was accelerated by the presence of the aluminium borate whisker. The MgO layer, which was the interfacial reaction product between the reinforcement and the Mg matrix, was produced with 20 nm thickness in as-cast condition. As the aging time increased, the thickness of the interfacial reaction layer increased to 50 nm in peak aged condition. The nano-indentation test results indicated that the strength of interface was improved by the aging but over-aging degraded the reinforcement and decreased the interfacial strength which resulted in the decrease of overall composite strength.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.5
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pp.516-522
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2002
For the experimental study of rotor steel, seven kind of specimens with different degradation levels were prepared by isothermal heat treatment at $630^{\circ}C$. Spherical indentation technique was developed to evaluate the flow properties of metallic materials in carbon steel, stainless steel, and alloys, etc. Through the spherical indentation test, differently degraded 1Cr-1Mo-0.25V steel's mechanical properties were observed and compared with conventional standard test data. The flow properties of 1Cr-1Mo-0.25V steel's were estimated by analyzing the indentation load-depth curve. To characterize the flow property, we used material yield slope and constraint factor index rather than strain-hardening exponent because the variation of strain-hardening exponent was very little and the data showed irregularly. And the constraint factor's effect was small when the material yield slope was taken into account.
Residual stress is a dominant obstacle to efficient production and safe usage of products by reducing the mechanical strength and failure properties. Especially, it causes interfacial failure and substrate deflection in the case of thin film. So, the exact evaluation and optimum control of thin film residual stress is indispensable. However, hole drilling or X-ray diffraction techniques have some limits in application to thin film. And, curvature technique for thin film materials cannot give the information about local stress variation. Therefore, we applied the nanoindentation technique in evaluating the thin film residual stress. In this study, we modeled the change of indentation loading curve for residually stressed and stress-free thin films during stress relaxation. The value of residual stress was directly related to the indentation depth change by relaxation. The residual stress from nanoindentation analysis was consistent with the result from curvature technique.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.471-474
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2005
This study investigates the nano/microstructure, the aging response, and the mechanical/tribological properties of the eutectic regions in rheoformed A356 alloy-T5 parts using nano/micro-indentation and mechanical scratching, combined with optical microscopy and atomic force microscope (AFM). Most eutectic Si crystals in the A356 alloy showed a modified morphology as fine-fibers. The loading curve for the eutectic region was more irregular than that of the primary Al region due to the presence of various particles of varying strength. The aging responses of the eutectic regions in the rheoformed A356 alloys aged at $150^{\circ}C$ for different times (0, 2, 4, 8, 10, 16, 24, 36, and 72 h) were investigated. Both Victors hardness $(H_v)$ and indentation $(H_{IT})$ test results showed a similar trend of aging curves, and the peak was obtained at the same aging time of 10 h. A remarkable size-dependence of the tests was found.
In this study, the crack healing effects of $Al_2O_3$ ceramics based on the heat treatment conditions were investigated. The influence of the additive amounts of SiC nanoparticles and the cycling process of indentation-heat treatment on the crack healing effect of $Al_2O_3$ ceramics were also examined. Three-point bending tests were carried out and the morphological changes in the fracture surface were observed by using FE-SEM. As a result, heat-treated samples in a vacuum or air atmosphere showed improved bending strengths compared to un-heat treated samples. This means that cracked specimens can be healed by heat treatment in a vacuum or air atmosphere. The crack healing effect of $Al_2O_3$ ceramics that were heat treated in an air atmosphere was much higher than that of those heat treated in a vacuum. After heat treatment, the $Al_2O_3$ ceramics with 30 wt% SiC nanoparticles showed a higher bending strength than those with 15 wt% SiC. The cyclic indentation and heat treatment did not remarkably affect the crack healing effect. The SEM images showed that the median crack, indenter mark on the surface, and pores in the fracture surface of a specimen almost disappeared after being heat treated in an air atmosphere.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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