Eui-Kyun Park ;Hyun-Jae Lee ;Ju-Hee Kim ;Yun-Jae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.4
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pp.1250-1264
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2023
This paper presents approximate in-depth residual stress and plastic strain profiles for laser-peened alloy 600 surface via FE analysis. In approximations, effects of the initial welding residual stress and the number of shots are quantified. Based on FE analysis results, residual stress profiles are quantified by two variables; the maximum difference in stress before and after LSP, and the depth up to which the compressive residual stress exists. Plastic strain profiles are quantified by one variable, the maximum equivalent plastic strain at the surface. The proposed profiles are validated by comparing with published LSP experimental results for welded plates. Effects of the initial welding residual stress and the number of shots on these variables are discussed. The proposed profile can be directly applied to predict the mitigation effect of LSP on PWSCC and to efficiently perform structural integrity assessment of laser peened nuclear components.
When studying the resonance problem of nanoplates, the existing papers do not consider the influences of geometric nonlinearity and initial geometric imperfection, so this paper is to fill this gap. In this paper, based on the nonlocal strain gradient theory (NSGT), the nonlinear resonances of functionally graded (FG) nanoplates with initial geometric imperfection under different boundary conditions are established. In order to consider the small size effect of plates, nonlocal parameters and strain gradient parameters are introduced to expand the assumptions of the first-order shear deformation theory. Subsequently, the equations of motion are derived using the Euler-Lagrange principle and solved with the help of perturbation method. In addition, the effects of initial geometrical imperfection, functionally graded index, strain gradient parameter, nonlocal parameter and porosity on the nonlinear forced vibration behavior of nanoplates under different boundary conditions are discussed.
Ceramics are significantly used in many industrial applications due to their excellent mechanical and thermal properties such as high temperature strength, low density, high hardness, low thermal expansion, and good corrosion resistive properties, while their disadvantages are brittleness, poor formability and high manufacturing cost. To combine advantages of ceramics with those of metals, they are often used together as one composite component, which necessiates reliable joining methods between metal and ceramic. Direct brazing using an active filler metal has been found to be a reliable and simple technique, producing strong and reliable joints. In this study, the fracture characteristics of Si$_3$N$_4$ ceramic joined to ANSI 304L stainless steel with a Ti-Ag-Cu filler and a Cu (0.25-0.3 mm) interlayer are investigated as a function of strain rate and temperature. In order to evaluate a local strain a couple of strain gages are pasted at the ceramic and metal sides near joint interface. As a result the 4-point bending strength and the deflection of interlayer increased at room temperature with increasing strain rate. However bending strength decreased with temperature while deflection of interlayer was almost same. The fracture shapes were classified into three groups ; cracks grow into the metal-brazing filler line, the ceramic-brazing filler line or the ceramic inside.
Purpose: The purpose of this study is a porous cube mechanical analysis for the dental implant. Methods: The porous cube with a side length of 10mm was designed for dental implant. To choose proper design, porous hexagon with a side 10mm which was drilled as a regular hexagon with diameter 0.8mm, 1.0mm, 1.2mm and a side 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm each using Computer AUTO CAD(Autodesk, 2008). Each cube was carried out in the mechanical analysis. Results: The result of mechanical analysis was observed that the H0.8 was minimum stress 0.045068MPa, maximum stress 9.4565MPa and minimum strain $0.00389{\times}10^{-4}Mpa$, maximum strain $0.816{\times}10^{-4}Mpa$, the H1.0 minimum stress 0.001147MPa, maximum stress 9.099MPa and minimum strain $0.000099{\times}10^{-4}Mpa$, the maximum strain $0.784{\times}10^{-4}Mpa$, the H1.2 minimum stress 0.099393MPa, maximum stress 13.137MPa and minimum strain $0.0112{\times}10^{-4}Mpa$, maximum strain $1.13{\times}10^{-4}Mpa$. Conclusion: The mechanical analysis of porous hexahedron was that H1.0 is the best result. It will be applicable to the porous implants.
Diaphragm compressor is widely used for hydrogen compression because it achieves high gas pressure without gas contamination. Diaphragm deflecting in the cavity with high pressure formed by an oil compression is the most important component in the compressor. Therefore, it is necessary to obtain deflection degree of diaphragm to predict the damage point of diaphragm. The objective of this study is to estimate the diaphragm's damage point through diaphragm deflection test by implementing with strain gauges attached on several radial points. Without gas compression, strain sum of each points varied as similarly as the variation of the pressure with respect to time. And while the motor speed was slower than 400rpm, the strain near the rim was larger than that of the center. When motor speed, however, was over 500rpm, strain became similar to that of the center and the rim. With gas compression, it was shown that the variation of the strain sum was delayed against that of the pressure and the strain near the rim was much higher than that of the center.
Au/PDMS membranes are widely used to fabricate strain sensors which can detect input signals. An interfacial adhesion between metal films and polydimethylsiloxane (PDMS) substrates is one of the important factors determining the performance of strain sensors, in terms of robustness, reliability, and sensitivity. Here, we fabricate Au/PDMS membranes with (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) treatment. PDMS membranes were fabricated by spin-coating and the thickness was controlled by varying the spin rates. Au electrodes were deposited on the PDMS membrane by metal sputtering and the thickness was controlled by varying sputtering time. Owing to the MPTMS treatment, the interfacial adhesion between the Au electrode and the PDMS membrane was strengthened and the membrane was highly transparent. The Au electrode, fabricated with a sputtering time of 50 s, had the highest gauge factor at a maximum strain of ~0.7%, and the Au electrode fabricated with a sputtering time of 60 s had the maximum strain range among sputtering times of 50, 60, and 120 s. Our technique of using Au/PDMS with MPTMS treatment could be applied to the fabrication of strain sensors.
Liu, Xiaoben;Zhang, Hong;Gu, Xiaoting;Chen, Yanfei;Xia, Mengying;Wu, Kai
Earthquakes and Structures
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v.12
no.3
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pp.321-332
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2017
The reverse fault is a dangerous geological hazard faced by buried steel pipelines. Permanent ground deformation along the fault trace will induce large compressive strain leading to buckling failure of the pipe. A hybrid pipe-shell element based numerical model programed by INP code supported by ABAQUS solver was proposed in this study to explore the strain performance of buried X80 steel pipeline under reverse fault displacement. Accuracy of the numerical model was validated by previous full scale experimental results. Based on this model, parametric analysis was conducted to study the effects of four main kinds of parameters, e.g., pipe parameters, fault parameters, load parameter and soil property parameters, on the strain demand. Based on 2340 peak strain results of various combinations of design parameters, a semi-empirical model for strain demand prediction of X80 pipeline at reverse fault crossings was proposed. In general, reverse faults encountered by pipelines are involved in 3D oblique reverse faults, which can be considered as a combination of reverse fault and strike-slip fault. So a compressive strain demand estimation procedure for X80 pipeline crossing oblique-reverse faults was proposed by combining the presented semi-empirical model and the previous one for compression strike-slip fault (Liu 2016). Accuracy and efficiency of this proposed method was validated by fifteen design cases faced by the Second West to East Gas pipeline. The proposed method can be directly applied to the strain based design of X80 steel pipeline crossing oblique-reverse faults, with much higher efficiency than common numerical models.
In the present paper a transient three-dimensional thermo-mechanical model for concrete is presented. For given boundary conditions, temperature distribution is calculated by employing a three-dimensional transient thermal finite element analysis. Thermal properties of concrete are assumed to be constant and independent of the stress-strain distribution. In the thermo-mechanical model for concrete the total strain tensor is decomposed into pure mechanical strain, free thermal strain and load induced thermal strain. The mechanical strain is calculated by using temperature dependent microplane model for concrete (O$\check{z}$bolt, et al. 2001). The dependency of the macroscopic concrete properties (Young's modulus, tensile and compressive strengths and fracture energy) on temperature is based on the available experimental database. The stress independent free thermal strain is calculated according to the proposal of Nielsen, et al. (2001). The load induced thermal strain is obtained by employing the biparabolic model, which was recently proposed by Nielsen, et al. (2004). It is assumed that the total load induced thermal strain is irrecoverable, i.e., creep component is neglected. The model is implemented into a three-dimensional FE code. The performance of headed stud anchors exposed to fire was studied. Three-dimensional transient thermal FE analysis was carried out for three embedment depths and for four thermal loading histories. The results of the analysis show that the resistance of anchors can be significantly reduced if they are exposed to fire. The largest reduction of the load capacity was obtained for anchors with relatively small embedment depths. The numerical results agree well with the available experimental evidence.
Se-Min Lee;Gyu-Won Kim;Jae-Hyun Ahn;In-Soo Han;Hak-Sung Kim
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.325-329
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2024
To accurately predict airbag deployment during a collision, the mechanical properties of polymer materials at high strain rates according to temperature should be considered. In this study, the mechanical properties of TPO and polypropylene were measured at high strain rates via split-Hopkinson pressure bar tests under various environmental temperatures ranging from -35 to 85℃. Through this, tensile strength and failure strain were derived for each strain rate. As the polymer phase moves toward the high strain rate region, the β-transition becomes dominant, resulting in a non-linear increase in tensile strength in the Eyring plot. Additionally, an airbag module impact simulation was conducted to verify the effects of strain rate on airbag deployment using the LS-DYNA software. It was found that the TPO and polypropylene airbag deployment could be accurately predicted using the strain-rate-dependent mechanical behavior rather than quasi-static properties alone.
PMMA has been extensively adopted in Nano Imprint Lithography(NIL). PMMA nano-structures experience severe mechanical load and deformation during NIL process, and understanding its mechanical behavior is very important in designing and optimizing NIL process. One of the most promising techniques for characterizing the mechanical behavior of nano structures is nano pillar compression test. In this study, the mechanical behaviors of PMMA pillars during compression test are analyzed using Molecular Dynamics. Two methods for simulation of PMMA nano pillars are proposed. The stress-strain relationship of nano-scale PMMA structure is obtained based on CVFF(Covalent Valence Force Fields) potential and the dependency of the applied strain rate on the stress-strain relationship is analyzed. The obtained stress-strain relationships can be useful in simulating nano-scale PMMA structures using Finite Element Method(FEM) and understanding the experimental results obtained by compression test of PMMA nano pillars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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