Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.139-142
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2002
This study presents a mathematical model predicting the stress-strain behavior of fiber reinforced (FMMCs) and fiber/particle reinforced metal matrix composites (F/P MMCs). MMCs were fabricated by squeeze casting method using Al2O3 short fiber and particle as reinforcement, and A356 aluminum alloy as matrix. The fiber/particle ratios of F/P MMCs were 2:1, 1:1, 1:2 with the total reinforcement volume fraction of 20 vol.%, and the FMMCs were reinforced with 10 vol,%, 15 vol. %, 20 vol. % of fibers. Tensile tests were conducted and compared with predictions which were derived using laminate analogy theory and multi-failure model of reinforcements. Results show that the tensile strength of FMMCs with 10 vol.% of fiber was well matched with prediction, and as the fiber volume increases, predictions become larger than experimental results. The difference between the prediction and experiment is considered to be a result of matrix allowance of fiber damage in tensile loading. As the fiber volume fraction in FMMCs increases, the fiber damage increases and so that the tensile strength is reduced. The strength of F/P MMCs approaches more closely to the prediction than FMMCs reinforced with 20 vol.% of fibers because F/P MMCs contains small quantity of fibers and thus has a positive effect in fiber strengthening.
A series of reaction-sintered SiC was fabricated from preforms with varying volume fractions of two resin-coated SiC particles of different sizes (63 and $18{\mu}m$). The electrical resistivity and mechanical strength were eventually optimized at the small particle volume fraction of $0.3{\sim}0.4$, at which point the porosity of the preform was minimized. This study experimentally proves that additional processes after the formation of the preform, such as silicon infiltration and reaction sintering, do not apparently alter the optimum volume fraction of the preform packing, predicted by an existing analytical model based on solid packing. Thus, the volume fraction of particles of different sizes can be determined practically through the solid packing model to fabricate RSSCs with optimal properties.
Bubble columns are widely encountered in several industries, especially in the field of nuclear safety. The Eulerian-Eulerian and the Eulerian-Lagrangian methods are commonly used to investigate bubble columns. Eulerian approaches require additional tasks such as strict volume conservation at the interface and a predefined well-structured grid. In contrast, the Lagrangian approach can be easily implemented. Hence, we introduce a fully Lagrangian approach for the simulation of bubble columns using the discrete bubble model (DBM) and moving particle semi-implicit (MPS) methods. Additionally, we propose a rigorous method to estimate the volume fraction accurately, and verified it through experimental data and analytical results. The MPS method was compared with the experimental data of Dambreak. The DBM was verified by analyzing the terminal velocity of a single bubble for each bubble size. It agreed with the analytical results for each of the four drag correlations. Additionally, the improved method for calculating the volume fraction showed agreement with the Ergun equation for the pressure drop in a packed bed. The implemented MPS-DBM was used to simulate the bubble column, and the results were compared with the experimental results. We demonstrated that the MPS-DBM was in quantitative agreement with the experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.9
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pp.1796-1804
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1992
Profiles of soot volume fraction, average diameter and particle number density have been measured using a light scattering and extinction technique in a coannular propane diffusion flame at atmosperic pressure. Temperature profiles were also obtained using a thermocouple technique. Measurements show that soot is first observed to form low in the flame in an annular region inside the main reaction zone. At higher locations this annular region widen until entire flame is observed to contain particles. Soot volume fraction and particle diameter profiles peak some 1mm on the fuel side of peak temperature and increase with height to oxidation region. Number density of the flame core drop steeply from formation region to growth region and relatively invariant to some height and decay out at flame tip.
Aluminum alloy matrix composites reinforced by SiC particles were prepared by rheocompocasting, a process which consists of the incoporation and distribution of reinforcement by stirring within a semi-solid alloy. When the volume fraction of SiCp and stirring speed were fixed, the dispersion of SiCp in Al-matrix alloy depended on stirring time and solid volume fraction in slurry. The results were as follows : 1) As a dispersed SiCp during stirring at $647^{\circ}C$ in 6063-Al alloy, SiC was better dispersed than that other temperature, where solid volume fraction was 43% in slurry. 2) When increased solid fraction in slurry, rate of dispersing SiC increased during stirring and porosities decreased in matrix alloy after casting. 3) Inspite of stirring with 800rpm, since solid particles of matrix alloy in slurry joined each other and occured joining growth, so that SiC was not dispersed into solid particle.
An analysis model on debris transport in the containment floor of pressurized water reactors is developed in which the flow field is calculated by Eulerian conservation equations of mass and momentum and the debris particles are traced by Lagrange equations of motion using the pre-determined flow field data. For the flow field calculation, two-dimensional Shallow Water Equations derived from Navier Stokes equations are solved using the Finite Volume Method, and the Harten-Lax-van Leer scheme is used for accuracy to capture the dry-to-wet interface. For the debris tracing, a simplified two-dimensional Lagrangian particle tracking model including drag force is developed. Advanced schemes to find the positions of particles over the containment floor and to determine the position of particles reflected from the solid wall are implemented. The present model is applied to calculate the transport fraction to the Hold-up Volume Tank in Advanced Power Reactors 1400. By the present model, the debris transport fraction is predicted, and the effect of particle density and particle size on transport is investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.365-372
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2016
Using the computational fluid dynamics (CFD) technique, we simulated the fluid flow in a Taylor reactor considering the aggregation and breakage of particles. We calculated the population balance equation (PBE) to determine the particle-size distribution by implementing the quadrature method-of-moment (QMOM). It was used that six moments for an initial moments, the sum of Brownian kernel and turbulent kernel for aggregation kernel, and power-law kernel for breakage kernel. We predicted the final mean particle size when the particle had various initial volume fraction values. The result showed that the mean particle size and initial growth rate increased as the initial volume fraction of the particle increased.
The effect of size and volume fraction of ceramic particles, with sliding velocity on the wear properties were investigated for the metal matrix composites fabricated by the pressureless infiltration process. The metal matrix composites exhibited about 5.5 - 6 times the wear resistance compared with AC8A alloy at high sliding velocity, and by increasing the particle size and decreasing the volume fraction, the wear resistance was improved. The wear resistance of metal matrix composites and AC8A alloy exhibited different aspects. Wear loss of AC8A alloy increased with sliding velocity, linearly : whereas, metal matrix composites indicated more wear loss than AC8A alloy at the slow velocity region. However, a transition point of wear loss was found at the middle velocity region, which shows the minimum wear loss. Further, wear loss at the high velocity region exhibited nearly the same value as the slow velocity region. In terms of wear mechanism, the metal matrix composites generally exhibited abrasive wear at slow to high sliding velocity; however, AC8A alloy showed abrasive wear at low sliding velocity and adhesive and melt wear at high sliding velocity.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.379-384
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2002
The effect of size and volume fraction of ceramic particles with sliding velocity on the wear properties were investigated for the metal matrix composites fabricated by pressureless infiltration process. The particulate metal matrix composites exhibited about 5.5 - 6 times of excellent wear resistance compared with AC8A alloy at high sliding velocity, and as increasing the particle size and decreasing the volume fraction the wear resistance was improved. The wear resistance of metal matrix composites and AC8A alloy exhibited different aspects. Wear loss of AC8A alloy increased with sliding velocity linearly. whereas metal matrix composites indicated more wear loss than AC8A alloy at slow velocity region, however a transition point of wear loss was found at middle velocity region which show the minimum wear loss, and wear loss at high velocity region exhibited nearly same value with slow velocity region. In terms of wear mechanism, the metal matrix composites exhibited the abrasive wear at slow to high sliding velocity generally, however AC8A alloy showed abrasive wear at low sliding velocity and adhesive and melt wear at high sliding velocity.
A refined projection-based purely Lagrangian meshfree method is presented towards reliable numerical analysis of fluid flow interactions with saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The governing equations are reformulated on the basis of two-phase mixture theory with incorporation of volume fraction. These principal equations of mixture are discretized in the context of Incompressible SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method. Associated with the consideration of governing equations of mixture, a new term arises in the source term of PPE (Poisson Pressure Equation), resulting in modified source term. The linear and nonlinear force terms are included in momentum equation to represent the resistance from porous media. Volume increase of fluid particles are taken into consideration on account of the presence of porous media, and hence multi-resolution ISPH framework is also incorporated. The stability and accuracy of the proposed method are thoroughly examined by reproducing several numerical examples including the interactions between fluid flow and saturated/unsaturated porous media of uniform/spatially-varying porosities. The method shows continuous pressure field, smooth variations of particle volumes and regular distributions of particles at the interface between fluid and porous media.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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