Choi, Youngsick;Marimuthu, Karuppasamy Pandian;Lee, Jin Haeng;Lee, Hyungyil
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1079-1089
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2015
In this paper, we propose a method to evaluate the material properties of high-yield strength materials exceeding 10GPa from spherical indentation. Using a regression equation considering four indentation variables, we map the load displacement relation into a stress-strain relation. To calculate the properties of high-strength materials, we then write a program that produces material properties using the loading / unloading data from the indentation test. The errors in material properties computed by the program are within 0.3, 0.8, and 6.4 for the elastic modulus, yield strength, and hardening coefficient, respectively.
Continuous indentation test is a very powerful method to monitor the materials reliability since it is very simple, easy and almost non-destructive. It can provide material properties such as elastic modulus, yield strength, work-hardening exponent, etc., than the conventional hardness test. In our study, the true stress-strain curve is derived from the indentation load-depth curve. For this, average indentation strain is defined and the flow stress is obtained from the analysis of the indentation stress field. The residual stress is analyzed from the variation of the indentation behavior with the applied residual stress. And the estimation of fracture characteristic is tried by considering the conventional fracture toughness modeling and the stress/strain state under the spherical indenter.
We intended to evaluate the Young's modulus of trabecular bone of a human distal femur by spherical Indentation test and CT images and to quantify relationships between the direction of load, density. and Young's modulus. The specimens were scanned at 1 mm intervals on CT scanner After scanning the bones were sectioned with diamond saw. producing 8mm cubes of trabecular bone. The tubes were mechanically tested in inferior-superior(IS), anterior-posterior(AP). and medial-lateral(ML) direction with custom-made device. After testing, the real apparent density of specimens were measured. The results of this study showed that the IS modulus was significant1y greater than both the AP and ML modulus and the AP modulus was also greater than ML modulus significantly(p〈0.01) A significant Power relationship between the apparent density and the modulus was also found.
The stress-strain relation of aluminum (Al) alloy foam cell wall was evaluated by the instrumented sharp indentation method. The indentation in a few micron ranges was performed on the cell wall of Al-alloy foam having a composition or Al-3wt.%Si-2wt.%Cu-2wt.%Mg as well as its precursor (material prior to foaming). To extract the stress-stram relation in terms of yield stress ${\sigma}_y$, strain hardening exponent n and elastic modulus E, the closed-form dimensionless relationships between load-indentation depth curve and elasto-plastic property were used. The tensile properties of precursor material of Al-alloy foam were also measured independently by uni-axial tensile test. In order to verify the validity of the extracted stress-strain relation, it was compared with the results of tensile test and finite element (FE) analysis. A modified cubic-spherical lattice model was proposed to analyze the compressive behavior of the Al-alloy foam. The material parameters extracted by the instrumented nanoindentation method allowed the model to predict the compressive behavior of the Al-alloy foam accurately.
With the increasing interest in using bacterial biofilms in geo-engineering practices, such as soil improvement, sealing leakage in earth structures, and hydraulic barrier installation, understanding of the contribution of bacterial biofilm formation to mechanical and hydraulic behavior of soils is important. While mechanical properties of soft gel-like biofilms need to be identified for appropriate modeling and prediction of behaviors of biofilm-associated soils, elastic properties of biofilms remain poorly understood. Therefore, this study investigated the microscale Young's modulus of biofilms produced by Shewanella oneidensis MR-1 in a liquid phase. The indentation test was performed on a biofilm sample using the atomic force microscopy (AFM) with a spherical indentor, and the force-indentation responses were obtained during approach and retraction traces. Young's modulus of biofilms was estimated to be ~33-38 kPa from these force-indentation curves and Hertzian contact theory. It appears that the AFM indentation result captures the microscale local characteristics of biofilms and its stiffness is relatively large compared to the other methods, including rheometer and hydrodynamic shear tests, which reflect the average macro-scale behaviors. While modeling of mechanical behaviors of biofilm-associated soils requires the properties of each component, the obtained results provide information on the mechanical properties of biofilms that can be considered as cementing, gluing, or filling materials in soils.
Mechanical properties of two types of polycrystlline {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} with different grain size were investigated. A fine grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} has a higher fracture strength and hardness. Plot of strength versus Vickers indentation load indicated that {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} has a high flaw tolerance. Hertzian indentation test using a spherical indenter was used to study elastic and plastic behavior in {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }}. Indentation stress-strain curves of each material are made to evaluate the plasticity of {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} Both find and coarse grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} showed high plasticity. In-dentation stress-strain curve of coarse grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} deviated even more from an ideal elastic limit in-dicating exceptional plasticity in this material. Deformation zones were formed below the contact as well as around the contact area in both materials but the size of deformation zone in coarse grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} was much larger than that in fine grain {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} Intragrain slip and kink would account for high plasticity. Plastic behavior of {{{{ { { Ti}_{3 }SiC }_{2 } }} was strongly influenced by grain size.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.5
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pp.306-314
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2006
Instrumented indentation technique is a new way to evaluate nondestructive such mechanical properties as flow properties, residual stress and fracture toughness by analyzing indentation load-depth curves. This study evaluated quantitatively the flow properties of steels and residual stress of weldments. First, flow properties can be evaluated by defining a representative stress and strain from analysis of deformation behavior beneath the rigid spherical indenter and the parameters obtained from instrumented indentation tests. For estimating residual stress, the deviatoric-stress part of the residual stress affects the indentation load-depth curve, so that by analyzing the difference between the residual-stress-induced indentation curve and residual-stress-free curve, the quantitative residual stress of the target region can be evaluated. The algorithm for flow property evaluation was verified by comparison with uniaxial tensile test and the residual stress evaluation model was compared to mechanical cutting and ED-XRD results.
Theocharopoulos, Antonios L;Bushby, Andrew J;P'ng, Ken MY;Wilson, Rory M;Tanner, K Elizabeth;Cattel, Michael J
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.8
no.6
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pp.479-488
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2016
PURPOSE. The aim of this study was to test the modulus of elasticity (E) across the interfaces of yttria stabilized zirconia (YTZP) / veneer multilayers using nanoindentation. MATERIALS AND METHODS. YTZP core material (KaVo-Everest, Germany) specimens were either coated with a liner (IPS e.max ZirLiner, Ivoclar-Vivadent) (Type-1) or left as-sintered (Type-2) and subsequently veneered with a pressable glass-ceramic (IPS e.max ZirPress, Ivoclar-Vivadent). A $5{\mu}m$ (nominal tip diameter) spherical indenter was used with a UMIS CSIRO 2000 (ASI, Canberra, Australia) nanoindenter system to test E across the exposed and polished interfaces of both specimen types. The multiple point load - partial unload method was used for E determination. All materials used were characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X - ray powder diffraction (XRD). E mappings of the areas tested were produced from the nanoindentation data. RESULTS. A significantly (P<.05) lower E value between Type-1 and Type-2 specimens at a distance of $40{\mu}m$ in the veneer material was associated with the liner. XRD and SEM characterization of the zirconia sample showed a fine grained bulk tetragonal phase. IPS e-max ZirPress and IPS e-max ZirLiner materials were characterized as amorphous. CONCLUSION. The liner between the YTZP core and the heat pressed veneer may act as a weak link in this dental multilayer due to its significantly (P<.05) lower E. The present study has shown nanoindentation using spherical indentation and the multiple point load - partial unload method to be reliable predictors of E and useful evaluation tools for layered dental ceramic interfaces.
Chae, Yeon-Hwa;Moon, Heung Soo;Kim, Seyoung;Woo, Sang Kuk;Park, Ji-Yeon;Lee, Kee Sung
Composites Research
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v.30
no.2
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pp.84-93
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2017
This study investigates thermal and mechanical characterization of environmental barrier coating on the $SiC_f-SiC$ composites. The spherical environmental barrier coating (EBC) powders are prepared using a spray drying process for flowing easily during coating process. The powders consisting of mullite and 12 wt% of Ytterbium silicate are air plasma sprayed on the Si bondcoat on the LSI SiC fiber reinforced SiC composite substrate for protecting the composites from oxidation and water vapor reaction. We vary the process parameter of spray distance during air plasma spray of powders, 100, 120 and 140 mm. After that, we performed the thermal durability tests by thermal annealing test at $1100^{\circ}C$ for 100hr and thermal shock test from $1200^{\circ}C$ for 3000 cycles. As a result, the interface delamination of EBC never occur during thermal durability tests while stable cracks are prominent on the coating layer. The crack density and crack length depend on the spray distance during coating. The post indentation test indicates thermal tests influence on the indentation load-displacement mechanical behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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