Jaehyeong Lim;Siti Zubaidah Binti Mat Daud;Sang-Woo Kim
Journal of Aerospace System Engineering
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v.18
no.5
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pp.33-40
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2024
The objective of this study was to analyze influence of heat treatment of nano-silica particles on rheological characteristics of shear thickening fluid. Heat treatment was conducted for nano-silica particles with a diameter of 7 nm at temperatures of 120 ℃ and 180 ℃, followed by dispersion in polyethylene glycol as a solvent to fabricate shear thickening fluids with a concentration of 15 wt%. Subsequently, rheological characteristics were investigated using a rheometer. Findings revealed that shear thickening fluids produced with thermally treated nano-silica particles exhibited a notable increase in maximum viscosity, ranging from 8.96% to 213.17%, accompanied by a decrease in critical shear rate, ranging from 14.89% to 57.25%. Furthermore, it was confirmed that the shear thickening effect was enhanced up to 54.17%. These results are anticipated to facilitate the fabrication of high-performance shear thickening fluids with rheological properties that align with design requirements for application in aerospace structures.
Park, Yurim;Baluch, Abrar H.;Kim, YunHo;Kim, Chun-Gon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.2
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pp.140-145
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2013
The development of high performance fabrics have advanced body armor technology and improved ballistic performance while maintaining flexibility. Utilization of the shear thickening phenomenon exhibited by Shear Thickening Fluids (STF) has allowed further enhancement without hindering flexibility of the fabric through a process of impregnation. The effect of STF impregnation on the ballistic performance of fabrics has been studied for impact velocities below 700 m/s. Studies of STF-impregnated fabrics for high velocity impacts, which would provide a transition to significantly higher velocity ranges, are lacking. This study aims to investigate the effect of STF impregnation on the high velocity impact characteristics of Kevlar fabric by effectively dispersing silica nanoparticles in a suspension, impregnating Kevlar fabrics, and performing high velocity impact experiments with projectile velocities in the range of 1 km/s to compare the post impact characteristics between neat Kevlar and impregnated Kevlar fabrics. 100 nm diameter silica nanoparticles were dispersed using a homogenizer and sonicator in a solution of polyethylene glycol (PEG) and diluted with methanol for effective impregnation to Kevlar fabric, and the methanol was evaporated in a heat oven. High velocity impact of STF-impregnated Kevlar fabric revealed differences in the post impact rear formation compared to neat Kevlar.
Mun, Sang Ho;Son, Kwon Joong;Cho, Hee Keun;Park, Jong Kyoo;Jeong, Euigyung;Lee, Man Young;Kim, See Jo
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.19
no.3
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pp.330-338
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2016
Impregnation of shear-thickening fluid(STF) into high-strength fabrics makes a considerable improvement on the ballistic performance of fabric armors. Understanding dissipation augmentation due to shear thickening effects on yarn-yarn and yarn-projectile friction is of great importance in liquid armor research. This paper takes a shearthickening effect into account in numerical simulations by using a velocity-dependent friction model. Impact simulations were performed to validate the friction model as well as to evaluate the ballistic performance of STF-fabrics. Impact simulations on neat fabrics were also conducted to provide baseline results for comparison.
This study conducted tunnel blasting to evaluate the blasting effect of a shear thickening fluid-based blasting stemming material and a sealed plug device under development. STF single stemming and STF stemming materials were combined with plugs to a tunnel blasting to which the SAV-Cut method was applied, and the advanced rate and fragmentation of tunnel blasting muck pile were compared when sand stemming was used. Tunnel advanced rate was evaluated using a 3D laser scanner. When the STF stemming material and STF stemming material with the plug were compared to the sand stemming material, it increased by 5.7 and 5.36%, respectively. As a result of evaluation of the fragmentation of tunnel blasting muck pile, it was the best when the STF stemming material was applied, and it decreased by about 61% compared to the case of sand stemming blasting. However, no significant improvement in blasting effect was observed with the application of plug devices.
In this study, shear thickening fluid (STF) filled with rigid nano silica particles was impregnated in plain woven Kevlar fabrics to improve the impact resistance performance. The nano silica particles with an average diameter of 100nm, 300nm, and 500nm were used to make shear thickening fluid to estimate the effect of particle size on the impact behavior of STF impregnated Kevlar fabrics. The yam pull-out and frictional tests were conducted to estimate the effect of impregnated STF on the frictional characteristics. The test results showed that the friction forces were dramatically increased at the STF onset shear strain rates that were measured in preliminary rheology tests. The low speed impact tests were performed using the drop test machine. The results showed that the impregnated STF improved the impact resistance performance of the Kevlar fabrics in terms of the impact energy absorption and the deformation. It has been shown through tests that the impregnated STF affects the interfacial friction which contributes to improve the energy absorption in the Kevlar fabrics. Especially, the impregnation of the STF with the smaller particle size into the Kevlar fabrics showed the better performance in impact energy absorption.
Stab threats using sharp edged or pointed Instruments could be easily encountered by police officers or soldiers. In this study, the shear thickening fluids (STF) was impregnated into Kevlar fabrics to improve the stab protection and the resistance of STF impregnated Kevlar fabrics was experimentally investigated. The puncture and cut resistance were tested using a drop test machine withspike and knife indenters fabricated based on the National Institute of Justice (NIJ) standard. The STF was filled with spherical $SiO_2$ particles having an average diameter of 100nm, 300nm, and 500nm. The effect of particle size on puncture and cut resistance of STF impregnated Kevlar fabrics was also investigated. The measured impact load histories showed that STF impregnation into fabric leads to withstand higher peak loads than that of neat fabrics under spike test. The test results showed that Kevlar impregnated with STF exhibit remarkable improvements in puncture resistance while it is slightly influential on the cut resistance. Specifically, particle size is the one of the dominant factors controlling fabric resistance to puncture under spike impact test.
Associating polymers act as flocculants in colloidal suspensions, because the hydrophobic groups (hydrophobes) can adsorb onto particle surfaces and create intermolecular cross-linking. The steady-shear viscosity and dynamic viscoelasticity were measured for suspensions flocculated by multichain bridging of associating polymers. The effects of surfactant on the suspension rheology are studied in relation to the bridging conformation. The surfactant molecule behaves as a displacer and the polymer chains are forced to desorb from the particle surfaces. The overall effect of surfactant is the reduction of suspension viscosity. However, the additions of a small amount of surfactant to suspensions, in which the degree of bridging is low, cause a viscosity increase, although the number of chains forming one bridge is decreased by the forced desorption of associating polymer. Since the polymer chains desorbed from one bridge can form another bridge between bare particles, the bridging density over the system is increased. Therefore, the surfactant adsorption leads to a viscosity increase. The surfactant influences the viscosity in two opposing ways depending on the degree of bridging.
Traffic flow capacity of some old road bridges is insufficient due to limited deck width. In such cases bridge deck widening is a common solution. For multi-girder reinforced concrete (RC) bridges it is possible to add steel-concrete composite girders as the new outermost girders. The deck widening may be combined with bridge strengthening thanks to thickening of the existing deck slab. Joint action of the existing and the added parts of such bridge span must be ensured. It refers especially to the horizontal plane at the interface of the existing slab and the added concrete layer as well as to the vertical planes at the external surfaces of the initially outermost girders where the added girders are connected to the existing bridge span. Since the distribution of the added concrete is non-uniform in the span cross-section the structure is particularly sensitive to the added concrete shrinkage. The shrinkage induces shear forces in the aforementioned planes. Widening of a 12 m long RC multi-girder bridge span is numerically analysed to assess the influence of the added concrete shrinkage. The analysis results show that: a) in the vertical plane of the connection of the added and the existing deck slab the longitudinal shear due to the shrinkage of the added concrete is comparable with the effect of live load, b) it is necessary to provide appropriate longitudinal reinforcement in the deck slab over the added girders due to tension induced by the shrinkage of the added concrete.
It is expected that particle size distribution of any portion obtained through screening, is of more uniform than that of the original mixture, typically following such as log-normal, Rosin-Rammler distributions and so on. In this study, therefore, a new relation between parameters of the uniform distribution and flow characteristics of the coarse particle suspensions is derived based on the continuous polydisperse model (Ookawara and Ogawa, 2002b), which is derived from the discrete polydisperse model (Ookawara and Ogawa,2002a). The derived model equation predicts a linear increase of viscosity with shear rate, viz., dilutant flow characteristics. Further, the increase of viscosity is expected to be proportional to the square of volume fraction of particles, and to show the linear dependency on density and average diameter of particles. It is also shown that the uniform distribution model includes additional term that expresses the effect of distribution width. For verification of the model, the experimental results of Clarke (1967) are cited as well as in our previous work for the monodisperse model (Ookawara and Ogawa,2000) since most parameters were varied independently in his work. It is suggested that the newly introduced term expands the applicable range compared with the monodisperse model.
Oil was extracted from cashew nuts. The physicochemical parameters of the oil were determined. A chromatographic assay of the oil was carried out using Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Seventeen compounds were detected: Phenol, Phenol 2-methyl-, Cyclohexene 4, 4-dimethyl-, m-Fluoro-2-diazoacetophenone 4-dimethyl-, Tetradecanoic acid, Phenol 4-octyl-, n-Hexadecanoic acid. Others are 9, 12-Octadecadienoic acid (Z, Z) - methyl ester, Hexadecanoic acid methyl ester, Methyl stearate, Dodecanoic acid methyl ester, 9, 12, 15-Octadecatrienoic acid methyl ester, 9, 12, 15-Octadecatrienoic acid (Z, Z, Z)-, Oleic acid, Octadecanoic acid, Tetracosanoic acid and 9-Octadecenoic acid methyl ester. Among the components are omega three and omega six essential free fatty acids. The rheological profiling and flow properties of cashew nut oil were determined using a Programmable Rheometer. Cashew nut oil exhibits slight dilatant behaviour at the low end of shear rate. The long chain and high molecular weight of its constituents controlled its rheology. Long-chained 9-Octadecenoic acid methyl ester, 9, 12-Octadecadienoic acid (Z, Z) - methyl ester, Tetracosanoic acid and methyl stearate, coupled with their high molecular weights are responsible for the shear thickening effect observed. Two models, Carreau-Yasuda and Ostwald-de Waele Power Law were employed to fit the rheological data. The Carreau-Yasuda model followed well the data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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