The mechanical properties of wood flour, Hwangto (325 and 1,400 mesh per 25,4 mm) and coupling agent-reinforced HDPE composites were investigated in this study. Hwangto and maleated polyethylene (MAPE) were used as an inorganic filler and a coupling agent, respectively. The addition of Hwangto and MAPE to virgin HDPE also increased the Young's modulus in the smaller degree. The addition of wood flour and Hwangto to virgin HDPE increased the tensile strength, due to the high uniform dispersion of HDPE by high surface area of Hwangto in HDPE and wood flour. MAPE also significantly increased the tensile strength. When wood flour was added, there was no notable difference on the tensile properties, in terms of Hwangto particle size. Hwangto also improved the flexural modulus and strength of reinforced HDPE composites. With different particle sizes of Hwangto, there was no considerable difference in flexural modulus and strength of reinforced HDPE composites. The addition of Hwangto showed slightly lower impact strength than that of wood flour. However, the particle size of Hwangto showed no significant effect on the impact strength of reinforced composites. In conclusion, reinforced HDPE composites with organic and inorganic fillers provide highly improved mechanical properties over virgin HDPE.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.6
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pp.199-209
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2000
Particles reinforced MMCs have higher specific modulus, higher specific strength, better properties at elevated temperatures and better wear resistance than monolithic metals. But the coefficient of thermal expansion(CTE) of Al6061 is 5 times larger than that of SiCp. The discrepancy of CTE makes some residual stresses inside of MMCs. This work investigates Si$C_p$/Al6061 composites at high temperatures in the microscopic view by three-dimensional elasto-plastic finite element analyses and compares the analytical results with the experimental ones. The theoretical model is not able to consider the nonuniform shape of particle. So the shape of particle is assumed to be perfect global shape. And also particle distribution is not homogeneous in experimental specimen. It is assumed to be homogeneous in simulation model. The type of particle distribution is face-centered cubic array(FCC array). Furthermore, non-homogeneous distribution is modeled by combination of several volume fractions.
The tensile strength and water resistance of ADC12 alloy matrix composites reinforced with saffil/ceraklwool and saffil/Si particle prepared by squeeze casting have been investigated in room temperature and $250^{\circ}C$. Adhesive and scuffing wear phenomena was studied when load was changed to 10~40N and wear velocity was 2.0m/s at room temperature and $250^{\circ}C$. Generally, the morphology of tensile fractured surface revealed dimple pattern which implies ductile fracture of the composites. However, cleavage fracture was also observed in case of ADC12 alloy based saffil/Si particle composite. The maximum tensile strength of 320MPa was obtained in ADC12 alloy based composites reinforced by saffil/cerakwool(5:5) preformed fibers. In the results of dry wear test, it was observed that scuffing was occurred at 40N in room temperature and 30N for $250^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.322-325
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2009
An enhanced continuum model for the size dependent strengthening of particle reinforced composites is presented. The model accounts explicitly for the enhanced strength in a discretely defined "punched zone" around the particle in a metal matrix composite as a result of geometrically necessary dislocations developed through a CTE mismatch. The size of the punched zone presents an intrinsic length scale, and this results in the size dependence of the overall behavior of the composite. Results show that predicted 0.2% offset yield stresses are increasing with smaller inclusions and larger volume fractions and this length-scale effect on the enhanced strength can be observed by explicitly including GND region around the particle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.745-751
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2011
This study proposes finite element modeling of dislocation punching at cooling after consolidation in order to calculate the strength of particle-reinforced aluminum composites. The Taylor dislocation model combined with strain gradient plasticity around the reinforced particle is adopted to take into account the size-dependency of different volume fractions of the particle. The strain gradients were obtained from the equivalent plastic strain calculated during the cooling of the spherical unit cell, when the dislocation punching due to CTE (Coefficient of Thermal Expansion) mismatch is activated. The enhanced yield stress was observed by including the strain gradients, in an average sense, over the punched zone. The tensile strength of the SiCp/Al 356-T6 composite was predicted through the finite element analysis of an axisymmetric unit cell for various sizes and volume fractions of the particle. The predicted strengths were found to be in good agreement with the experimental data. Further, the particle-size dependency was clearly established.
Aluminum alloy matrix composites reinforced with various amounts of SiC particles have been produced by rheo-compocasting followed by hot extrusion. A relatively uniform distribution of SiC particles in the composites was obtained. The amounts of pore and SiC particles cluster were relatively small in the composites. Particle free zones were observed in the hot extruded composites when the amount of SiC particles was less than 20 vol%. However, the width of particle free zone decreases with the increase of SiC particle content. Eutectic Si phase play an important role for improving bonding between SiC particle and matrix. Tensile and yield strength increased with the increase of SiC particle content. the strenthening effect of SiC particle addition was effective even at relatively high temperature of 573 K.
Polymer matrix composites are widely used in many engineering applications as they can be customized to meet a desired performance while not only maintaining low cost but also reducing weight. Polymers can experience viscoelastic-viscoplastic response when subjected to external loadings. Various reinforcements and fillers are added to polymers which bring out more complexity in analyzing the timedependent response. This study formulates an integrated micromechanical model and finite element (FE) analysis for predicting effective viscoelastic-viscoplastic response of polymer based hybrid composites. The studied hybrid system consists of unidirectional short-fiber reinforcements and a matrix system which is composed of solid spherical particle fillers dispersed in a homogeneous polymer constituent. The goal is to predict effective performance of hybrid systems having different compositions and properties of the fiber, particle, and matrix constituents. A combined Schapery's viscoelastic integral model and Valanis's endochronic viscoplastic model is used for the polymer constituent. The particle and fiber constituents are assumed linear elastic. A previously developed micromechanical model of particle reinforced composite is first used to obtain effective mechanical properties of the matrix systems. The effective properties of the matrix are then integrated to a unit-cell model of short-fiber reinforced composites, which is generated using the FE. The effective properties of the matrix are implemented using a user material subroutine in the FE framework. Limited experimental data and analytical solutions available in the literatures are used for comparisons.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.3
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pp.273-279
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2011
The yield strength of particle-reinforced composites increases as the size of the particle decreases. This kind of length scale has been mainly attributed to the geometrically necessary dislocation punched around the particle as a result of the mismatch of the thermal expansion coefficients of the particle and the matrix when the composites are cooled down after consolidation. In this study, two dislocation-punching theories that can be used in continuum structural modeling are assessed numerically. The two theories, presented by Shibata et al. and Dunand and Mortensen, calculate the size of the dislocationpunched zone. The composite yield strengths predicted by finite element analysis were qualitatively compared with experimental results. When the size of the particle is less than $2{\mu}m$, the patterns of the composite strength are quite different. The results obtained by Shibata et al. are in qualitatively better agreement with the experimental results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.6
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pp.124-138
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1998
Particles reinforced MMCs have many advantages over monolithic metals including a higher specific modulus, higher specific strength, better properties at elevated temperatures and better wear resistance. SiC$_p$/A16061 composites have good results in its mechanical properties. This work investigates SiC$_p$/A16061 composites in the microscopic view and compares the analytical results with the experimental ones. The discrepancy of the material properties between the reinforced particle, SiC$_p$, and the matrix material, A16061 appears to be so significant. Especially the coefficient of thermal expansion(CTE) of A16061 is 5 times larger than that of SiC$_p$. Thermal residual stress in MMCs is induced at high temperatures. The shape of particle is various but the theoretical model is not able to consider the nonuniform shape. Particle distribution is not homogeneous in experimental specimen. However, it is assumed to be homogeneous in simulation model. The shapes of particles are assumed to be not only perfect global but hexahedral shapes. The types of particle distribution are two - simple cubic array(SC array) and face-centered cubic array(FCC array).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.5
s.176
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pp.1146-1154
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2000
Fatigue strength of NiAl and Ni$_3$Al particulate reinforced aluminum alloy composites fabricated by the diecasting method was examined at room and elevated temperatures. The results were compared wit h that of SiC particulate reinforced one. The particulate reinforced composites showed some improvement in the static and fatigue strength at elevated temperatures when compared with that of Al alloy. The composites reinforced by intermetallic compound particles showed good fatigue strengths at elevated temperatures especially $Ni_3AI_{p}/Al$ alloy composite showed good fatigue limit up to high temperature of 30$0^{\circ}C$. Adopting intermetallic compound particle as a reinforcement phase, it will be possible to develop MMC representing better fatigue property at elevated temperature.
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